Экзаменационный билет № 25
Переключатель тока.
Одним из основных элементов большинства импульсных схем является электронный ключ. Назначение ключа ─ коммутация цепей нагрузки с помощью управляющих электрических сигналов. Основу любого электронного ключа составляет полупроводниковый прибор ─ диод, биполярный или полевой транзисторы, работающие в нелинейном ключевом режиме. Как и в случае механического ключа, качество электронного ключа определяется падением напряжения в замкнутом состоянии, остаточным током в разомкнутом, скоростью перехода из одного состояния в другое.
Применение диодов в электронных ключах связано с их односторонней проводимостью.
В зависимости от схемы соединения диода и нагрузки различают:
последовательные ключи
параллельные ключи
Сопротивление диода по отношению к
нагрузке зависит от его состояния
(закрыт он или открыт)
Основная функция транзисторного ключа ─ это бесконтактная коммутация цепей электронных схем.
В отличие от диодных в транзисторных ключах входная и выходная цепи разделены.
Состояние
транзистора в схеме ключа зависит от
характера импульса на входе ключа.
Состояние транзисторного ключа «открыт»
(ключ «замкнут») характеризуется
минимальным остаточным напряжением, а
состояние «закрыт» (ключ «разомкнут»)
─ минимальным остаточным током (током
неосновных носителей). Основная логическая
функция, которую выполняет транзисторный
ключ ─ это операция логического отрицания
(инверсия, операция «НЕ»)
Ключи на полевых транзисторах широко используются для коммутации аналоговых и цифровых сигналов.
В аналоговых ключах обычно используют транзисторы с управляющим p-n-переходом или МОП-транзисторы с индуцированным каналом. В цифровых схемах и в силовой электронике в настоящее время предпочтенье отдают МОП-транзисторам с индуцированным каналом.
Классификация транзисторных ключей на полевых транзисторах.
МОП – ключ с активной (резисторной) нагрузкой.
МОП – ключ с динамической нагрузкой.
КМОП – инвертор.
БИКМОП – ключи.
Определения для остаточного тока через транзистор и остаточного напряжения на выходе транзисторного ключа.
Под остаточным током подразумевается ток неосновных носителей через закрытый транзистор. Его величина очень незначительна и чаще всего им пренебрегают, но при повышении температуры, мощности и частоты с ним приходится считаться. Зависимость тока неосновных носителей от температуры (этот ток удваивается при изменении температуры на каждые 10 оС у германиевых транзисторов и на каждые 8 оС у кремниевых);
Самое ощутимое влияние на работу транзистора при повышении температуры оказывает остаточный ток. За счет этого тока может произойти тепловой пробой.
Остаточное напряжение обозначим
через Uост ─
напряжение на выходе открытого до
насыщения транзистора (когда на входе
ключа действует отпирающий импульс
).
Для получения минимального остаточного
напряжения транзисторные ключи работают
на крутом участке коллекторной ВАХ
транзистора. Минимальное напряжение
на выходе насыщенного транзистора
составляет 0,05 0,1 В.
Такое напряжение на выходе характерно
для режима двойной инжекции, когда
эмиттерный и коллекторный переходы
находятся в прямосмещённом состоянии.
Инжекция носителей в базу идёт и из
эмиттера, и из коллектора. В базе
происходит накопление неосновных
носителей, на рассасывание которых
потребуется определённое время. Таким
образом, в режиме двойной инжекции
транзистор приобретает инерционность,
и его переключающие свойства ухудшаются.
Ухудшается быстродействие ключа в
целом, и чем глубже насыщение транзистора,
тем оно хуже.