Электронные ключи

Общие сведения об импульсных сигналах

Лекция 12. Элементы импульсных устройств

Кроме напряжения синусоидальной формы в практике электротехники и электроники применяются напряжения других форм. Наиболее широко применяется импульсное напряжение. Импульсным называется прерывистое во времени напряжение (сигнал) любой формы. Под формой сигнала понимается закон изменения во времени напряжения или тока.

Широкое применение импульсных сигналов обусловлено рядом причин. Сочетанием импульсов и пауз легко передавать дискретную информацию. Импульсный сигнал оказался единственно приемлемой формой при создании радиолокации, он необходим для работы систем синхронизации, удобен для управления многими производственными процессами.

Импульсы применяются и для передачи непрерывной информации. В этом случае передаваемая информация может содержаться в значениях амплитуды, длительности или временного положения импульсов. Наличие пауз между импульсами позволяет уменьшить мощность, потребляемую от источника питания. Кроме того, во время паузы можно передавать информацию от других корреспондентов.

Наиболее широко применяются импульсы прямоугольной, пилообразной экспоненциальной и колоколообразной формы (рис.15.1). Импульсы характеризуются:

-амплитудной U_m;

-длительностью импульса t_u;

-длительностью паузы t_n;

-периодом повторения Т = t_u + t_n;

-частотой повторений F = 1/T;

-скважностью Q_u = T/t_u.

В реальных устройствах прямоугольные импульсы характеризуются также длительностью фронта t_Ф и среза t_С. Фронт и срез определяют в течение нарастания или спада напряжения от 0,1 U_m до 0,9U_m.

Устройства, выполняющие обработку импульсных сигналов, называются импульсными устройствами. Среди различных импульсных устройств видное место занимают электронные ключи. Через идеальный разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеальном замкнутом ключе равно нулю. Смена состояния ключа происходит под действием сигналов, подаваемых на один или нескольких входов.

Наиболее широкое применение в качестве электронных ключей нашел транзисторный каскад по схеме с ОЭ в классе усиления D (т.е. в ключевом режиме). Схема такого каскада приведена на рис. 15.2. В ключевом режиме транзистор может находиться в одном из двух состояний - в состоянии отсечки или в состоянии насыщения.

В состоянии отсечки ключ разомкнут. Через транзистор протекает только малый обратный ток I_кэо. Напряжение на участке коллектор-эмиттер . Мощность теряемая в транзисторе Р_отс =I_кэо× U_к мала, так как мал ток.

. (15.1)

Полагая U_б < 0, получим:

,

откуда

. (15.2)

Когда транзистор находится в состоянии насыщения, электронный ключ замкнут. Через транзистор протекает ток насыщения, значение которого ограничивается резистором R_к. Пренебрегая малым напряжением насыщения, можем записать:

. (15.3)

Режим насыщения достигается при токе базы:

. (15.4)

Как и в режиме отсечки, мощность, теряемая в транзисторе в режиме насыщения, мала, потому что мало U_н.

Ток базы в режиме насыщения создают источники напряжения U_ВХ и Е_СМ. При этом участок база эмиттер транзистора можно считать закороченным. Поэтому

.

Условие насыщения (15.4) принимает вид

. (15.5)

Выражение (15.5) позволяет определить необходимое значение R₁.

В настоящее время электронные ключи выпускаются в микросхемном исполнении. Например, микросхема К564КТ3 содержит четыре двунаправленных ключа, предназначена для коммутации аналоговых и цифровых сигналов с током до 10 мА.