Электронные ключи и простейшие схемы формирования

Импульсов

Отличительной особенностью импульсных схем является применение электронных ключей. Ключ – это элемент, который имеет два устойчивых состояния: вкючено, выключено.Через идеально разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеально замкнутом ключе равно нулю. Наиболее близким по параметрам к идеальному ключу есть электромеханический контакт (ключ), который имеет бесконечное сопротивление в разомкнутом состоянии нулевое в замкнутом. Такой ключ приведен на мал5.4.

Рис.3.4.

Возможно использовать диодные ключи. При этом схема может иметь вид (мал.3.5).

Рис.3.5. Диодный ключ

Широкое применение в качестве электронных ключей находят транзисторные каскады, в первую очередь каскад с общим эмиттером (ОЭ). Рассмотрим работу такого каскада в ключевом режиме.

Рис.3.6. Каскад з СЕ

При рассмотрении воспользуемся графическим методом расчета транзисторных цепей

Рис.3.7. Схема для расчета (выходная характеристика).

На рис.3.7. приведена выходная характеристика транзистора, на которой нанесена нагрузочная линия, пересекающая оси координат в точках (U_к=Ε_к, ί_к=0)и(U_к=0, ί_к= Ε_к/R_к). В ключевом режиме транзистор может находиться в двух основных состояниях:

1. Режим отсечки (ключ разомкнут). При этом через транзистор протекает минимальный ток. Это состояние соответствует точке А на диаграмме рис.3.7 i_к=Ι_кбо=0, напряжение на транзисторе Uк=Е_К Транзистор в режиме отсечки может быть представлен схемой замещения рис 3.8., содержащей только один источник тока I_кбо, включенный между базой и коллектором.

Рис. 3.8. Рис. 3.9

Для того, чтобы транзисторный ключ находился в разомкнутом состоянии, необходимо выполнить условие отсечки: сместить в обратном направлении эмиттерный переход транзистора или для п-р-п транзистора выполнить условие U_б<0

Мощность, теряемая в режиме отсечки на транзисторном ключе, Р_к=U_кI_к мала, так как мал ток.

2. Режим насыщения (ключ замкнут). Минимальное напряжение на транзисторе U_к=U_кэн=0 соответствует точке В на диаграмме рис.3.7. Ток через транзистор ограничен резистором R_к и определяется

I_кн=(E_к-U_кэн)/R_к= E_к/R_к. Транзистор в режиме насыщения представлен схемой замещения рис.3.9.

Режим насыщения достигается уже при i_б=I_бн=I_кн/h_21э. Дальнейшее увеличение тока базы не изменяет тока коллектора. Таким образом, условие насыщения транзистора записывается в виде

I_б>I_бн=I_кн/h_21э где I_кн=E_к/R_н

Для надежного насыщения транзистора необходимо, чтобы условие выполнялось при h_21э=h_21эмин. Величина S_н=i_б/I_бн>1 называется коэффициентом насыщения транзистора. Как и в режиме отсечки, мощность, теряемая на транзисторном ключе Р_к=i_кU_к мала, так как мало напряжение.

При работе транзисторного ключа переход из закрытого состояния в открытое и обратно происходит скачком, потери мощности при этом, как правило, незначительны. Таким образом, работа транзисторного ключа характеризуется малыми потерями мощности и высоким К.П.Д., что является важным преимуществом таких схем.

Рассмотрим возможные варианты создания усилительных каскадов. Одним из наиболее современных вариантов, это построение усилителей на базе операционных усилителей.