2015-07-03
15382
При работе транзистора в ключевом режиме, он находится в двух характерных состояниях: включено (замкнут ключ) и выключено (разомкнут).
Электронные ключи используют в схемах для коммутации электрических цепей различного назначения (подключение нагрузки к источнику питания, изменение ее значения, или отключение). В отличие от механических переключателей транзисторные ключи обладают следующими достоинствами:
1. высокое быстродействие
2. переключение цепей без разрыва
3. низкий уровень излучаемых помех
4. высокая надежность и долговечность
При работе в ключевом режиме необходимо:
1. в проводящем состоянии сопротивление участка коллектор-эмиттер было минимальным Rкэ=min
2. а в проводящем – максимальным.
Недостаток – сохранение остаточного напряжения на включенном (насыщенном) транзисторе и тока в выключенном транзисторе (в режиме отсечки), т.е. неполное включение и отключение нагрузки.
Наиболее широкое применение в качестве ключевых элементов находят транзисторные каскады с ОЭ.
На семействе выходных характеристик транзистора строим нагрузочную линию, пересекающую оси координат в точках (Uкэ=Ek; Ik=0) и (Uкэ=0; Ir=Ek/Rk).
В ключевом режиме транзистор может находиться в двух основных состояниях:
1. Состояние (режим) отсечки («ключ разомкнут»)
При этом через транзистор протекает минимальный ток. Это состояние соответствует точке А на диаграмме.
Ik=Iкб0 ≈0 – неуправляемый обратный ток коллектора, создавая а нем небольшое падение напряжения.
Uкэ.p ≈ Eк-Iкб0∙Rк ≈ Ек.
Условие отсечки – смещение в обратном направлении электрического перехода:
Uбэ < Uбэ.пор ; для n-p-n Uбэ ≤0.
Мощность, теряемая в режиме отсечки, Pк=Iк ∙Rк ≈0 мала, т.к. Ik=Iкб0 ≈0.
2. Состояние (режим) насыщения («ключ замкнут»)
На транзисторе минимальное напряжение Uкэ = Uкэ.нас ≈ 0 соответствует точке В на диаграмме.
Ток через транзистор ограничен резистором Rк и определяется
В режиме насыщения оба перехода транзистора смещены в прямом направлении, поэтому напряжения между электродами транзистора малы.
Условие обеспечения режима насыщения:
Дальнейшее увеличение тока базы Iб > Iб.нас не изменяет тока в коллекторной цепи.
Мощность в режиме насыщения: Pк=Iк ∙Rк =0, т.к. 
≈ 0.
Напряжение Uкэ.нас. приводится в справочниках. Для ключей следует выбирать транзистор с малым значением Uкэ.нас. << Ек.
Пример. Параметры транзистора: 
= 40; Iкб0 ≤ 10 мкА; 
= 10 В; Есм= -2 В; Rк= 0,1 Ом. При Uвх=0 транзистор отключен; при Uвх ≥ 7 В – включен. Определить R1 и R2.
1)Режим отсечки:
Напряжение отсечки создается Есм и Iкб0
Условие отсечки 
≤ 0, откуда R2 ≤ 
200 кОм.
Выбираем R2 = 100 кОм.
2)Режим насыщения:
Ток базы: 
, откуда
= 1,39 кОм. Выбираем R1=1,3 кОм.
