Нижний ключ

В качестве простейшего ключа для коммутации нагрузки, подключенной к положительной шине питания, может быть использован биполярный n-р-n транзистор или МОП-транзистор с n-каналом.

Специфические требования к параметрам управляющего сигнала (малое входное сопротивление биполярных транзисторов и сравнительно большое напряжение затвор-исток, необходимое для полного включения МОП-транзисторов), как правило, диктуют не­обходимость использования дополнительных элементов для согласования входных сигналов.

а)

б)

Рис 2.11. Схемотехника нижних ключей: а) маломощный; б) мощный.

На рис 2.11. приведены схемы нижних ключей на биполярных транзисторах для коммутации относительно невысоких токов нагрузки (менее 0.1-0.5 А) и сильноточный ключ. Напряжение питания может быть любым и определяется предельными параметрами выходного транзистора. Резистор R_Б выбирается из условия насыщения транзистора (I_б ³ I_бн).

Пороговое напряжение U_порог срабатывания ключа должно быть согласовано с пороговым напряжением входных логических сигналов. обусловлено коэффициентом деления резистивного делителя Rб и R1

;

¾ для ТТЛ - U_порог~1,4 В, при Е¹³2,4 В,

¾ для КМОП - при Е¹=Е_п =5 В U_порог~2,5 В.

Диоды VD1-2 защищают вход и выход ключа от выбросов напряжения отрицательной полярности при индуктивной нагрузке или при работе на шину. Если нагрузка резистивная, диоды можно не ставить.

Таблица 2.1. Расчетные соотношения для ключевой схемы (рис 2.11а).

Выбор параметров источника питания	, Uкэ_нас~0.2-0.4 В
Выбор транзистора: должен удовлетворять условиям	, ,
Rб находится из условия	b×Uн/Iн > Rб > Rвых ЛЭ »100 Ом
R1 (находится из выражения 1.8) Uпорог~1,4 В, Е1³2,4 В).
Диод VD2 должен удовлетворять	Iд доп³Iн, Uд доп³Еп
Диод VD1 –любой маломощный	Iд доп³10¸20 мА, Uд доп³5 В

Для увеличения нагрузочной способности ключа (Рис 2.8б) ис­пользуется эмиттерный повторитель, выход которого нагружен на переход база-эмиттер ключевого транзис­тора, а вход через резистивный делитель сопрягается с ТТЛ- и/или КМОП-логикой. Слаботочные ниж­ние ключи с открытым коллектором, как правило, выпускаются в виде интегральных сборок, содержащих от 2 до 8 независимых каналов, идентич­ность параметров которых обеспечивает возможность их параллельного соединения для увеличения нагрузоч­ной способности.

Таблица 2.2. Расчетные соотношения для ключевой схемы (Рис 2.11б).

Выбор параметров источника питания	, Uкэ нас~0.7-1.0 В
Выбор транзистора VT1: должен удовлетворять условиям	, ,
Транзистор VT2 маломощный: должен удовлетворять условиям	, ,
Rб находится из условия	b1b2×Uн/Iн > Rб > Rвых ЛЭ »100 Ом
R1 (находится из выражения 1.8) Uпорог~1,4 В, Е1³2,4 В).
R2	R2@0.1×R1
Диоды VD2,3 выбираются из условий	Iд доп³Iн, Uд доп³Еп
Диод VD1 –любой маломощный	Iд доп³10¸20 мА, Uд доп³5 В

Более развитые схемы управления нижними ключами иногда включают в себя логические элементы (И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ) и дополнительные входы разрешения/за­прещения работы. Питание схем управления в интегральном исполнении осуществля­ется либо от дополнительного внешнего источника, либо через встроенный стабилизатор от источника коммути­руемого напряжения. Пунктиром в схемах ключей показаны элементы, часто реализуемые в виде ИС.

Промышленность выпускает разнообразную номенклатуру ИС для управления силовым оборудованием; либо в виде 2-8 - канальных сборок из нижних и верхних ключей, либо в виде набора полумостовых и мостовых драйверов.