Особливості роботи БТ в ключовому режимі.

При роботі транзистора в ключовому режимі його включають зазвичай по схемі з загальним емітером РИС. 1. Контакти, які необхідно комутувати підключають відповідно до колектора і емітера транзистора. Керуючий сигнал подають в коло бази.

При роботі транзистора в ключовому режимі ланцюг між колектором і емітером може бути або замкнутий, або розімкнутий. При струм колектора повинен приймати тільки два значення:

а) I_К = 0 А, (U_КЕ = E_Ж) - ключ у розімкнутому стані;

б) I_К = I_max = E_Ж / R_К (U_КЕ = 0 B) – ключ у замкненому стані.

Аналіз роботи транзистора в ключовому режимі проводять по вихідних характеристиках транзистора та за основним рівнянням: U_КЕ = E_Ж - I_К × R_К

При роботі транзистора в ключовому режимі, робоча точка може мати тільки два положення на навантажувальній прямій: крайнє нижнє відповідає мінімальному струму колектора при І_Б = 0 А (через колекторний перехід протікає лише I_K0 - тепловий струм). При цьому транзистор закритий і перебуває в режимі відсічки, коли і колекторний і емітерний переходи зміщені у зворотному напрямку.

Друге положення - крайнє верхнє положення робочої точки на навантажувальній прямій. Це положення відповідає відкритому стану транзисторного ключа. транзистор працює в режимі насичення - коли і колекторний і емітерний переходи зміщені в прямому напрямі. При цьому падіння напруги між колектором і емітером транзистора мінімальне. Для реальних транзисторів це так звана залишкова напруга U_зал може складати десяті частки вольт. Це мале значення напруги практично не впливає на величину комутуючого струму.

Режим насичення транзистора

Положення робочої точки повинно бути забезпечено в правому верхньому стані, при цьому в колі колектора протікає так званий струм колектора насичення. Це максимально можливий струм, який може протікати в комутуючому ланцюзі: I_Кнас = (E_Ж - U_зал)/ R_К, оскільки E_Ж ›› U_зал, то I_Кнас ≈ E_Ж/ R_К.

При цьому в загальному випадку і напруга E_Ж і комутований опір R_K можуть бути непостійними. Таким чином струм в комутуючому ланцюзі I_Kннас не залежить від параметрів транзистора, а залежить тільки від параметрів зовнішнього ланцюга E_Ж та R_K.

Для забезпечення режиму насичення необхідно в ланцюг бази транзистора подати відповідний струму бази: І_Б = І_Кнас/β_min = І_Бнас =(U_ВХ – U_БЕ)/ R_Б.

Для надійного відкривання транзисторного ключа, щоб гарантувати режим насичення при розкиді параметрів транзисторів реальний струм бази вибирається в дещо більшим струму бази насичення І_Б = s× І_Бнас, де s=1,2 - коефіцієнт насичення транзистора. У розрахункових співвідношеннях використовують звичай мінімальне значення b_min (при коливаннях температури, b може змінюватися).

Спрощена схема заміщення транзистора в режимі насичення наведена на рис.3.

Режим відсічки

Крайнє нижнє положення відповідає режиму відсічки. Щоб забезпечити це положення робочої точки необхідно подати відповідну вхідну напругу і створити необхідний струм бази щоб змістити колекторний і емітерний переходи у зворотному напрямку. При цьому потрібно забезпечити протікання струму бази у зворотному напрямку.

Струм емітера в режимі відсічки дорівнює нулю. Ланцюг між колектором і емітером розімкнутий. Якщо при цьому тепловим струмом колектора можна знехтувати, то всі три контакти представляються розімкнутими один щодо одного рис.4. Отже, ніяких струмів окрім I_К0 не протікає.

Закритий стан транзистора забезпечується нульовою або від'ємною вхідною напругою. При цьому струм від джерела майже не споживається. Для надійного закривання транзисторного ключа в момент паузи між відкриваючими імпульсами застосовують спеціальний зсув, що подається на базу транзистора, яка діє на перехід "база-емітер" в зворотному напрямку. У практичних схемах не завжди застосовується додаткове зміщення. Так якщо в якості ключа застосовується кремнієвий транзистор, і падіння напруги в паузах близьке до нуля, то додатковий зсув базового переходу у зворотному напрямку не застосовується. Для германієвих транзисторів навіть при нульовій напрузі в паузах між імпульсами необхідно застосовувати зсув базового переходу у зворотному напрямку рис.5.

Рис. 4. Спрощена схема заміщення транзистора в режимі відсічки

Рис. 5. Схема за живлення транзисторного ключа з додатковим зсувом базового переходу у зворотному напрямку

 

Величина R_Б розраховується такою щоб транзистор переходив в режим насичення при подачі на вхід напруги U₀, з врахування коефіцієнту насичення s. При цьому коло зсуву базового переходу у зворотному напрямку несуттєво впливає на вхідний струм бази оскільки зазвичай вибирають R_ЗМ ›› R_Б.

Як джерело напруги зсуву - U_ЗМ, протилежної полярності по відношенню до +Е, може використовуватися будь-яка напруга, що є в схемі.

У режимах насичення і відсічки на транзисторі розсіюється потужність. У режимі насичення струм великий, а напруга маленька. Отже, потужність мала. У режимі відсічки напруга велика, а струм прагне до нуля, отже, потужність також мала. Якщо транзистор раптом перейде в активний режим, то розсіювана транзистором потужність різко зросте (можливий тепловий пробій).