2.8.2 Транзисторный ключ

Импульсный усилитель на транзисторе (транзисторный ключ) является усилителем постоянного тока, собранного по схеме с общим эмиттером. Ключ работает при дискретных значениях входного сигнала: единичном, при котором , и нулевом, при котором . Схема транзисторного ключа со смещением приведена на рис. 5.27.

Рис. 5.27 Принципиальная схема транзисторного ключа

Закрытое состояние транзистора (режим отсечки).

Для надежного запирания транзистора необходимо сделать нулевым ток база-эмиттер транзистора. Для этого необходимо создать путь для обратного коллекторного тока транзистора I_KO и входного тока при нулевом входном сигнале . Сопротивление смещения должно быть не более чем

. (2.49)

Открытое состояние транзистора (режим насыщения)

Для надежного отпирания транзистора необходимо создать базовый ток обеспечивающий, с некоторым запасом, ток коллектора насыщения

, (2.50)

где .

Коэффициент запаса (коэффициент насыщения) обычно выбирается в диапазоне . Тогда

, отсюда

. (2.51)

2.8.3 Быстродействие транзисторного ключа

В переходном режиме, когда транзистор находится в активной области, ток коллектора определяется не током, а зарядом базы Q

. (2.52)

где - время жизни основных носителей заряда в базе, для схемы с ОЭ,- граничная частота усиления для схемы с ОЭ.

Для заряда базы справедливо следующее дифференциальное уравнение

. (2.53)

Если заряд базы изменяется от Q_НАЧ до то решение уравнения (2.53) имеет следующий вид

. (2.54)

Если нас интересует время достижения зарядом величины Q_КОН, то

, отсюда

. (2.55)

Процесс включения транзистора.

Время процесса включения будем рассчитывать, считая I_Б.НАЧ = 0, ,. Тогда время включения (переднего фронта) согласно уравнению (2.55) равно

, или . (2.56)

Процесс выключения транзистора.

Время выключения транзистора состоит из двух этапов:

• Время рассасывания – время выхода транзистора из зоны насыщения на границу активной зоны;

• Время спада – время формирования заднего фронта.

Время рассасывания избыточного заряда базы.

Учтем, что ,,, тогда

. (2.57)

Здесь - постоянная времени для насыщенного транзистора.

Время формирования спада (заднего фронта).

Учтем, что ,,, тогда

. (2.58)

Временные диаграммы переходных процессов при подаче на вход транзисторного ключа импульса с нулевыми фронтами приведены на рис. 2.28.

Рис. 2.28 Временные диаграммы транзисторного ключа

По уровню 0.5 передний фронт выходного импульса задерживается на время , а задний фронт на время. Обычно учитывают среднее время задержки (распространения) импульса

. (2.59)

63