|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы замкнутого ключа) Rj. обычно составляет единицы и десятки ом и может быть определено по формуле [64] где - объемное сопротивление области коллектора насыщенного транзистора. В ключах прерывателя наиболее распространены транзисторные схемы с общим эмиттером при инверсном включении транзистора (рис. 3.5, б) и общим коллектором при нормальном включении транзистора (рис. 3.5, в). Эти схемы обеспечивают минимальное падение напряжения на насыщенном транзисторе, что позволяет повысить точность передачи напряжения Квх- Рассмотрим кратко особенности работы этих ключей. При запертых переходах транзистора (Кудр < 0) через резистор Rb (см. рис. 3.5,6) проходит ток /до = /коР Р и напряжение тэк - "в-/эо-э гвх- При положительном управляющем напряжении (Купр > 0) откроется коллекторный переход и транзистор будет находиться в линейном инверсном режиме. Дальнейший рост напряжения Uyp приведет к открыванию также эмиттерного перехода и насыщенному режиму транзистора. В режиме насыщения Купр>«эк. э<Р б. == «вх/э- При глубоком насыщснии транзистора остаточное напряжение з.амкнутого ключа [64] Иэн~Фт/Р+ б-кн. (3.3) а его выходное сопротивление ?вык„(фт/Р б)+-эн+-кн- . (3.4) Как показано в [64], соотношения (3.3) и (3.4) справедливы и для транзисторного ключа с общим коллектором (см. рис. 3.5, в). Из выражений (3.1) и (3.3) следует, что остаточное напряжение замкнутого ключа при инверсном включении транзистора значительно меньше, чем при прямом (неинверсном), так как р > Кроме того, параметры замкнутого ключа существенно зависят от тока базы насыщенного транзистора. Как следует из соотношений (3.1)-(3.4), с ростом базового тока увеличивается остаточное напряжение и уменьшается выходное сопротивление ключа. Рассмотрим влияние цепи управления на свойства ключа. На рис. 3.6, а приведена схема ключа с простой гальванической цепью управления. Состояние его определяется уровнем управляющего напряжения Кудр и значением сопротивления б- Отметим, что схема может коммутировать как положительное, так и отрицательное напряжение Kjjx. При отрицательном управляющем напряжении i/ynp (рис. 3.6, б) транзистор должен быть заперт [щ < О, Кбэ < 0) и напряжение "вых = 0. Если на входе действует положительное напряжение t/ynp, транзистор будет насыщен, а напряжение Кзы = «вх- В насыщенном режиме в схеме установятся следующие токи: /g = (t/y.np-Ибэ~~ -"bxV-Rg, /н = UbjRn, к = h-In- и"  Рис. 3.6. Транзисторный ключ с гальванической цепью управления: а - схема ключа; б - управляющее напряжение Транзистор будет находиться в режиме насыщения, если f/ynp > :> Ивхшах + Ибэ. где Мвз;„,ах - максимальное значение переключае-. мого напряжения. Для получения достаточно глубокого насыщения необходимо, чтобы напряжение f/ynp превышало значение Ывхшах + -f- бэ- Для запирания транзистора необходимо выполнить условия: f/ynp < «вхшш. f/ynp < о, где Bmiri - минимальное значение переключаемого напряжения. Для ускорения выхода из режима насыщения при закрывании транзистора необходимо в базу подать ток обратного направления, поэтому f/ynp по абсолютному значению должно превышать величину Ывхшш. Таким образом, перепад управляющего напряжения Af/ynP ~ упр - f/ynp должен превышать диапазон изменения переключаемого напряжения. Характерной особенностью ключей с гальванической цепью управления является зависимость тока базы от значения переключаемого сигнала, что приводит к непостоянству напряжения «кэ и выходного сопротивления /?выхи насыщенного транзистора, а также к изменению глубины насыщения транзистора. Эти зависимости приводят к дополнительным ошибкам в переключении сигнала и непостоянству времени переключения ключа. Кроме того, для управления подобными ключами требуются достаточно большие перепады управляющего напряжения. Особенностью гальванического управления является и то, что часть базового тока насыщенного транзистора = /g-проходит по цепи переключаемого сигнала, создавая на выходном сопротивлении падение напряжения, вносящее погрешность в коммутируемый сигнал. Влияние базового тока на точность работы ключа можно уменьшить, если задавать управляюищй ток от источника с большим выходным сопротивлением. Однако это приведет к значительному увеличению перепадов управляющего напряжения. В [12, 40J приведен ряд схем со стабилизацией управляющего тока. Если управление ключом будет производиться от генератора тока, то зависимость параметров ключа от уровня переключаемого сигнала полностью исключается. Преимущестюм рассматриваемых ключей является простота схемы. Они в основном применяются для переключения постоянных по значению напряжений снизкоомным выходным сопротивлением. Остаточное напряжение ключей «эк на одиночных биполярных транзисторах составляет 0,3-2 мВ, а прямое сопротивление ключа колеблется от единиц до десятков ом. Скорость переключения рассматриваемых ключей определяется процессами накопления и рассасывания заряда неосновных носителей в базе транзистора, перезарядом барьерных емкостей транзисторов и нагрузочных емкостей. Полный цикл переключения состоит из от- крывания и закрывания транзисторов, а также рассасывания избыточного заряда из области базы. Длительность стадий зависит от частотных свойств транзистора, параметров коммутирующих сигналов и нагрузки. Переходные процессы ограничивают частоту переключений и тем самым быстродействие преобразователей. .Процессы переключения ключей на одиночных биполярных транзисторах с активной нагрузкой и токовым управлением рассмотрены в [53, 64, 68]. Для уменьшения остаточного, напряжения на замкнутом ключе применяют встречное включение двух транзисторов (рис. 3.7). При таком Рис. 3.7. Ключ со встречным включением транзисторов Рис. 3.8. Схема ключа с трансформаторным управлением включении транзисторов остаточное напряжение ключа является разностью остаточных напряжений отдельных транзисторов {и. == = "ост! -"остг) и может быть получено очень малым. Основная сложность применения таких ключевых элементов состоит в усложнении схемы цепи управления, которая должна быть изолирована от источника сигнала и нагрузки. При гальванической связи цепи управления с цепью переключаемого сигнала компенсация остаточных напряжений отдельных транзисторов затруднена из-за нарушения идентичности условий работы транзисторов [4, 40]. На рис. 3.8 приведена схема компенсированного ключа (прерывателя) с трансформаторным управлением, позволяюшцм развязать гальванически цепи сигнала и управления (базовые управляющие токи /б1 и /б2 не протекают через сигнальную цепь). В интегральных ключах (прерывателях) типов 101КТ1, 124KTI, 162КТ1 применяют встречное включение транзисторов [4, 63]. Эти схемы содержат по два идентичных интегральных транзистора с общим коллектором (рис. 3.9). Так как интегральные транзисторы имеют высокую степень идентичности характеристик, то остаточное напряжение между эмиттерами при насыщении транзисторов можно получить очень малым (например, для прерывателя типа 101КТ1 остаточное напряжение составляет 50 мкВ). Их прямое сопротивление в два раза больше,чем у прерывателей на одиночном транзисторе, и составляет порядок 100 Ом. Время переключения указанных пре рывателей 0,4 мкс. Прерыватели на двух биполярных транзисторах используют в интегральных аналоговых ключах среднего быстродействия типа 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |