Транзисторные ключевые схемы. Статические и динамические параметры транзисторов. Характеристика открытого и закрытого состояний ключа ОЭ.

Транзистором называется полупроводниковый прибор, который может усиливать, преобразовывать и генерировать электрические сигналы. Существует две структуры транзисторов: n-p-n и p-n-p, т.е. транзистор является системой двух взаимодействующих p-n – переходов, каждый из которых путем инжекции изменяет концентрацию неосновных носителей заряда в базе и тем самым влияет на ток другого перехода.

По рабочей частоте транзисторы делятся на низкочастотные, - рабочая частота не свыше 3 МГц, среднечастотные – 3…30 МГц, высокочастотные – свыше 30 МГц. Если же рабочая частота превышает 300 МГц, то это уже сверхвысокочастотные транзисторы. Сам по себе транзистор усилить ничего не сможет. Его усилительные свойства заключаются в том, что малые изменения входного сигнала (тока или напряжения) приводят к значительным изменениям напряжения или тока на выходе каскада за счет расходования энергии от внешнего источника.

Используется всего 3 схемы включения транзисторов: схема с общим эмиттером (ОЭ), схема с общим коллектором (ОК) и схема с общей базой (ОБ).

Работу транзистора часто используют в ключевом режиме. Ключевым называется режим работы биполярного транзистора, при котором транзистор либо полностью открыт, находится в режиме насыщения, либо полностью закрыт, совершенно не проводит ток. Для ключевого режима характерна минимальная рассеиваемая мощность на транзисторе.

Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором изменение входного тока или напряжения не вызывает изменение выходного напряжения. Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные. Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении. Выходная характеристика – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе. Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напряжения будет вызывать изменение выходного напряжения.

Электронный ключ осуществляет размыкание и замыкание цепи нагрузки под воздействием управляющих входных сигналов. Основу ключа составляет транзистор в дискретном или интегральном исполнении. В зависимости от состояния ключ шунтирует внешнюю нагрузку большим или малым выходным сопротивлением. В этом и заключается коммутация цепи, производимая транзисторным ключом. Качество ключа определяется падением напряжения на нем в замкнутом состоянии, током утечки в разомкнутом и скоростью перехода из одного состояния в другое. Наибольшее применение в технике находит ключ ОЭ, в котором нагрузочный резистор включен в цепь коллектора и он обладает минимальной потребной мощности управляющего сигнала. Поскольку для транзисторного ключа, построенного по схеме ОЭ, рост входного напряжения приводит к уменьшению выходного, его называют ключом-инвертором.

Электронный ключ является основой для построения более сложных цифровых устройств. При включении активного элемента с общим эмиттером (истоком) ключ выполняет логическую операцию НЕ, т.е. инвертирует входной сигнал. Ключ имеет два состояния: замкнутое и разомкнутое (закрытое и открытое). Закрытому состоянию транзистора соответствует режим отсечки, при котором на коллекторном и эмиттерном переходах действуют обратные напряжения. Напряжение и токи, соответствующие открытому (насыщение) и закрытому (отсечка) состояниям транзистора, могут быть определены с помощью выходных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ.