Работа биполярного транзистора в ключевом режиме

Переходные процессы в базе БТ при скачке входного тока для схемы включения с ОЭ

Статический режим ключевой схемы на биполярном транзисторе

Переходные процессы в простейшем ключе на БТ при скачке входного тока для схемы включения с ОЭ

Работа биполярного транзистора в ключевом режиме

Цифровые схемы работают с прямоугольными импульсами, которые характеризуются длительностью и двумя постоянными значениями амплитуды: минимальной и максимальной.

Минимальной амплитудой называют напряжение , равное модулю напряжения насыщения или несколько больше него. Минимальное напряжение называют низким или нулевым: .

Максимальной амплитудой называют напряжение большее некоторого заданного по модулю значения, называемого высоким или единичным: .

Если выходное напряжение будет больше или равно , то говорят, что схема находится в состоянии"1" или (от high – "высокий"), если , то схема находится в состоянии "0" или (от low – "низкий").

Величины высокого и низкого уровней зависят только от используемой элементной базы цифровой схемотехники. Значения выходного напряжения, лежащие в интервале между и , считают запрещёнными и при переходе от к и обратно они должны изменяться очень быстро.

В качестве схемы транзисторного ключа, т.е. биполярного транзистора, работающего в режиме насыщения и запирания, представлена на рис. 10.1. Отличием от схемы инвертора является то, что в цепь базы последовательно включён резистор, обеспечивающий получение надёжных уровней и даже в самых неблагоприятных условиях.

 

Рис. 10.1. Транзисторный ключ

 

Транзисторный ключ должен сам работать от верхнего и нижнего уровней на входе, т.е. при должно выполняться условие , а при − условие . Такие требования могут быть выполнены соответствующим выбором как уровней и , так и величин сопротивлений и .

В нулевой момент времени происходит скачкообразное увеличение тока эмиттера за счёт инжекции электронов из эмиттера в базу. Такое же изменение будет иметь базовый ток.

 

Рис. 10.2. Прохождение прямоугольного импульса через транзисторный ключ

 

 

Рис. 10.3. Схема повышения помехоустойчивости с помощью диода

 

Инжектированные электроны имеют конечные скорости, распределённые по закону Максвелла. Поэтому они будут достигать коллектора постепенно, т.е. вначале коллектор достигнут наиболее быстрые электроны, а затем более медленные. С момента достижения коллектора первыми электронами появляется коллекторный ток, а базовый начинает убывать. Когда коллектора достигнут самые медленные электроны, инжектированные эмиттером, рост коллекторного тока прекращается и он становится максимальным, постоянным и равным . Рост коллекторного тока происходит по достаточно сложному закону (рис. 10.1 б – штриховая линия), однако с достаточной для инженерной практики точностью рассматривают этот закон как экспоненциальный, смещённый на некоторое время задержки (рис. 10.1 б – сплошная линия).

 

Рис. 10.4. Схема повышения помехоустойчивости с помощью эмиттерно-базового делителя

 

Время пролёта или время диффузии, если транзистор бездрейфовый, электрона от эмиттера до коллектора у каждого электрона своё. Поэтому рассматривают среднее время пролёта

 

 

Рис. 10.5. Схема повышения помехоустойчивости с помощью эмиттерно-базового делителя и дополнительного источника смещения