Простейшее решение для коммутации заземленной нагрузки при питании положительной полярности — применение n-р-n транзистора в виде эмиттерного повторителя (Рис 2.12а).
а)
б)
Рис 2.12. Схемотехника верхнего ключа на биполярных транзисторах
При запертом транзисторе VT2, выходной ток течет через транзистор эмиттерного повторителя VT1. В схеме рис 2.12а резистор R2 задает ток базы, чтобы обеспечить насыщенный режим транзисторного ключа VT1 Iб1 » Iн/b1. Следовательно,
В схеме рис 2.12а, когда транзистор VT2 открыт, потенциал его коллектора падает и выходное напряжение эмиттерного повторителя уменьшается. При емкостном характере нагрузки ток разряда конденсатора протекает через диод VD2 и открытый транзистор VT2. Однако использование диода VD2 увеличивает выходное напряжение ключа в нижнем состоянии до уровня приблизительно 0.8 В.
При таком решении приходится либо мириться с повышенным остаточным напряжением коллектор-эмиттер ключа, со значительным падением напряжения на эмиттерном повторителе. Подобные ключи используются обычно для управления слаботочной нагрузкой, схемах микропривода. В подобной схеме легко реализовать плавное (аналоговое) управление током нагрузки, изменяя величину резистора R2, либо изменяя каким либо способом ток базы транзистора VT1.
Для защиты от бросков напряжения при коммутации индуктивной нагрузки верхние ключи снабжаются встроенными демпферными диодами с заземленными анодами.
Схема верхнего ключа, выполненного с использованием комбинации транзисторов p-n-p и n-p-n типа (Рис 2.12б) позволяет получить меньшее падение напряжения на ключевом транзисторе. Рассмотрим работу этой схемы.
При высоком входном сигнале транзистор VT2 открывается и входит в насыщение. Резистор R2 задает ток базы транзистора VT1, благодаря чему он также оказывается насыщенным.
. Отсюда можно найти
Резистор R3 шунтирует переход база-эмиттер транзистора VT1, обеспечивая утечку начального базового тока запертого транзистора VT2. Важно, чтобы при протекании начального тока VT2 через резистор R3 на нем падание напряжения не превышало 0.7 В. Обычно достаточно выбрать R3=0.1R2.
Достоинством схемы Рис 2.12б является малое остаточное напряжение на ключе – порядка 0.1¸0.2 В.
Резистор Rб, как и в предыдущей схеме, обеспечивает режим насыщения транзистора VT2, а резистор R1 согласование порогового напряжения входного логического сигнала с пороговым напряжение ключа VT2.
Диоды VD1,2 защищают схему от отрицательных выбросов напряжения, возникающих при работе на индуктивную нагрузку или шину.