Транзисторный ключ.

Основными элементами электронных ключей является транзистор, работающий в ключевом режиме. Как правило, транзистор включается по схеме с ОЭ. Эта схема обладает большим коэффициентом передачи управляющего сигнала, а так же большим входным и малым выходным сопротивлением, что облегчает согласование ключа с источником сигнала и нагрузкой.

Схема включения транзистора в ключевом режиме внешне не отличается от схемы включения в усилительном режиме. Разница только в параметрах элементов схемы, обеспечивающих режим работы (рис.2.58).

Рис.2.58. Схема включения транзистора в ключевом режиме.

Во время работы транзистор может находиться в одном из трех состояний – закрытом, открытом и активном.

Транзистор закрыт, если к его эмиттерному переходу приложено запирающее напряжение. Для p–n–p типа транзистора это нулевой или отрицательный потенциал на базе по отношению к эмиттеру. Через закрытый транзистор протекает только тепловой ток обратно смещенных p–n переходов Iк обр. Рабочая точка транзистора находится в области отсечки.

Uвых=Uкэ= Eпит - Iк обр. Ru Eпит

Величина Iк обр мала и сильно зависит от . Для снижения величины UR= Iк обр. Ru и зависимости выходных параметров от величину Ru стремятся уменьшить, обеспечив условие Iк обр. Ru<< Eпит.

Для открытия транзистора (включение электронного ключа) на базу необходимо подать положительный потенциал такой величины, чтобы рабочие токи перешли в область насыщения, то есть выполнялось условие Iб= Uвх/Rб=Iб нас.

При этом напряжение на коллекторе транзистора будет равно:

Uвых=Uкэ нас

Эта величина составляет 0,2….0,6 для германиевых транзисторов и 0,4….0,8 для кремниевых. При этом через транзистор и Rк протекает максимальный ток:

На величину Rк накладывает ограничение максимально допустимый ток коллектора:

Величина необходимого базового тока определяется из соотношения:

Временные диаграммы, поясняющие принцип работы транзисторного ключа приведены на рис.2.59.

Рис.2.59. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы транзисторного ключа.

Величина длительности фронтов может быть приближенно определена из соотношения:

τ= τ+(1+)кэRк,

где τ - высокочастотный параметр транзистора; - коэффициент передачи тока базы транзистора; кэ=1,6…2,1Скэ – среднее значение выходной емкости транзистора; Rк – величина коллекторного резистора.

На основе транзисторного ключа строят различные функциональные узлы, такие как мультивибраторы, генераторы линейно – изменяющегося напряжения и т.д.

Рассмотрим построение и принцип работы наиболее распространенных в автомобильной электронике устройств.