Реферат: Электронные ключи

💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Министерство Науки и Высшего образования
Республиканское государственное казенное предприятие
Восточно-Казахстанский государственный университет
1. КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ
2. СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА
При работе в импульсных схемах электронные приборы (лампы, транзисторы, тиристоры и др ) имеют два рабочих состояния. В одном из них электронный прибор закрыт, ток через него практически не проходит и его внутреннее со­противление R i
велико; в другом состоянии прибор открыт, ток в выходной цепи имеет заданное значение, а внутреннее сопротивление мало. Переход из одного состояния в другое сопровождается переходным процессом, время которого определяет длительность фронта и среза импульса. Такой режим работы электронного прибора называется ключевым.
1. КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ
Когда коммутируемая импульсная мощность не превышает де­сятков ватт, в качестве ключевых элементов используются тран­зисторы.
В мощных генераторах импульсов применяют специальные импульсные модуляторные лампы. Двум рабочим состояниям
Рис. 7.1. Анодно-сеточная и сечочная характеристики лам­пы.
Рис. 7.2. Схема ключа на электронной лампе.
электронной лампы соответствуют определенные положения ра­бочей точки на анодно-сеточной характеристике (рис. 7.1). Лампа закрыта (режим отсечки),
когда напряжение на сетке u сет
мень­ше порогового U пор
и рабочая точка (точка А) находится на го­ризонтальном участке характеристики. Анодный и сеточный токи лампы при этом практически равны нулю. Когда u сет
> U пор
, лампа открыта. В анодной цепи протекает ток I a
, а если при этом напряжение на сетке положительное, то имеет место сеточный ток I сет
(точка В).
Участок характеристики между этими двумя точками нельзя аппроксимировать отрезком прямой линии.
Таким образом, электронная лампа в ключевом режиме ведет себя как существенно нелинейный элемент.
Естественно, что при анализе импульсных схем необходимо учитывать эту нелиней­ность.
Чтобы, с одной стороны, учесть нелинейность электронных приборов, а с другой — не усложнять расчет, используют ис­кусственный прием расчета импульсных схем. Сущность его со­стоит в том, что рассматривают процессы в схеме для двух состоя­ний электронного прибора: открытого и закрытого, который пред­ставляется соответствующими эквивалентными параметрами. Вид анодно-сеточной характеристики электронной лампы (ее нелинейность) не имеет существенного значения, поскольку за­кон изменения напряжения или тока при формировании фронта и среза импульса не является главным. Определяющей является длительность переходного процесса, которая должна быть минимальной.
В режиме отсечки участки схемы, к которым подключены сет­ка и анод лампы (рис. 7.2), представляются разомкнутыми. В отк­рытом состоянии анодная цепь заменяется эквивалентным резис­тором, сеточная цепь также представляется эквивалент­ным резистором.
Длительность перехода лампы из открытого состояния в за­крытое и обратного перехода определяется временем изменения напряжения на электродах, которое в основном зависит от пос­тоянной времени цепей перезарядки межэлектродных емкостей .
Инерционность электронного потока лампы при анализе переходного процесса обычно не учитывают, так как время пролета электронами между электродного простран­ства составляет доли наносекунды. Поскольку длительность фронта и среза импульсов, генерируемых схемами с модулятор­ными лампами, гораздо больше этого времени, такое допущение правомерно.
2. СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА
В силу ряда неоспоримых преимуществ (отсутствие накала, ма­лые габариты, малая потребляемая мощность, высокая надеж­ность) транзисторы полностью заменили электронные лампы в ма­ломощных импульсных схемах. Более того, использование тран­зисторов позволило создать такие схемы, реализация которых с помощью ламп принципиально невозможна. В импульсных схемах используются германиевые и кремниевые, биполярные и полевые транзисторы. В дальнейшем будем рассматривать схемы на кремниевых транзисторах n-p-n-типа, поскольку они наиболее широко применяются.
В большинстве случаев используют транзисторный ключ с общим эмиттером
(ОЭ), в котором нагрузочный резистор включен в коллекторную цепь (рис. 7.3). (Если в схеме используется
не п-р-п-,
а p-n-p-транзистор, то на коллектор подается отрица­тельное напряжение.) Напряжения и токи, соответствующие за­крытому и открытому состояниям транзистора, могут быть опре­делены с помощью входных и вы­ходных статических характеристик транзистора, включенного по схе­ме ОЭ (рис. 7.4).
Режим отсечки.
Закрытому состоянию транзистора соответ­ствует режим отсечки,
при кото­ром на коллекторном и эмиттер-ном переходах действуют обратные напряжения. Через переходы проходят токи, обусловленные процессами тепловой генерации носителей заряда в объеме по­лупроводника. При включении
транзистора по схеме ОЭ в режиме отсечки в коллекторной цепи протекает ток, близкий обратному току коллекторного перехода. Этот ток закрытого кремниевого транзистора ничтожно мал (менее 1 нА), поэтому его обычно в расчетах не учитывают и
Рис. 7.4. Входная (а)
и выходная (в)
характеристики транзисторного ключа ОЭ
входное и выходное сопротивления закрытого кремниевого транзистора, определяемые сопротивлениями обратносмещенных коллекторного и эмиттерного переходов, при расчетах прини­мают бесконечно большими.
Ток коллекторного перехода закрытого германиевого тран­зистора на несколько порядков больше, чем ток кремниевого. Поэтому при анализе импульсных схем с германиевыми транзис­торами его учитывают и транзистор в режиме отсечки представ­ляют источником тока, действующим в цепи коллектор — база.
Прямые ветви входных статических характеристик в первом приближении представляются экспоненциальной зависимостью тока базы от напряжения база — эмиттер .
Следовательно, сколь угодно малое увеличение напряжения u бэ
приводит к рос­ту I б
. Однако ток базы становится заметным лишь при опреде­ленном значении и u бэ
= U отп
. Поэтому при расчетах импульсных схем удобно пользоваться напряжением отпирания
(открывания) U отп
.
Режиму отсечки соответствует точка А
на статических ха­рактеристиках транзистора.
Режим насыщения.
Транзистор открывается, когда на вход подается положительное напряжение, и при условии u бэ
> U отп
. коллекторный и базовый токи увеличиваются. По мере на­растания тока базы растет коллекторный ток и уменьшается кол­лекторное напряжение u кэ
за счет падения напряжения на ре­зисторе а также уменьшается обратное напряжение ,
приложенное к коллекторному переходу.
Пока при увеличении тока на коллекторном переходе имеется обратное напряже­ние, транзистор находится в активном режиме и имеет место сле­дующее соотношение между токами:
При некотором значении базового тока напряжение на кол­лекторном переходе становится равным нулю и дальнейшее увеличение тока I б
, а следовательно, и тока I к
приводит к появ­лению прямого напряжения на коллекторном переходе, т. е. потенциал базы относительно коллектора становится положи­тельным. В прямом направлении оказывает­ся включенным не только эмиттерный, но и коллекторный пере­ход. Это приводит к тому, что не все носители, инжектированные эмиттером и дошедшие до коллекторного перехода, перехваты­ваются им. Навстречу потоку неосновных носителей, идущих из базы в коллектор, движется поток таких же носителей из коллек­тора в базу, и суммарный их ток определяется разностью этих потоков. В результате коллекторный ток при дальнейшем уве­личении тока базы перестает расти. Транзистор переходит в режим насыщения,
который характеризуется постоянством тока коллектора В связи с тем что в режиме насыщения кол­лекторный переход не осуществляет полной экстракции носите­лей из базы, там происходит их накопление и интенсивная ре­комбинация и пропорциональная зависимость между токами I б
и I к
не выполняется.
Напряжения на коллекторе и базе насыщен­ного транзистора остаются практически постоянными.
Токи, протекающие во внешней цепи транзистора в насыще­нии, определяются следующими соотношениями:
где U Б
+
, U П
- напряжения источников питания базы и коллек­тора.
Как видно, токи транзисторного ключа в режиме насыщения определяются внешними параметрами схемы и практически не зависят от характеристик-транзистора. Режиму насыщения соот­ветствует точка В
на статических характеристиках.
Режим насыщения кремниевого транзистора определяется условием u кб
= -U отп
При заданных коллекторном и базовом токах удобным для расчетов является критерий насыщен­ного состояния по току. Его можно установить, рассуждая так. Пропорциональная зависимость между токами I б
и I к
,
справедливая для активного режима, сохраняется вплоть до отпирания коллекторного перехода. Следовательно, на границе активного режима и режима насыщения также имеет место соотношение где I б гр
- базо­вый ток, при котором транзистор входит в режим насыщения. Как было отмечено, дальнейшее увеличение базового тока не приводит к росту коллекторного тока. Таким образом, критерий насыщенного состояния транзистора
можно записать в виде
Если в соотношение (7.1) подставить выражения для токов получим:
В реальных условиях работы транзисторного ключа напря­жения источников питания могут изменяться, имеет место также разброс сопротивлений резисторов и коэффициента передачи тока h 21
э
. Это может привести к невыполнению неравенства (7.1), выходу транзистора из режима насыщения и соответственно к изменению коллекторного тока и выходного напряжения. Для обеспечения устойчивого режима работы транзисторного ключа параметры его рассчитывают таким образом, чтобы неравенство (7.1) выполнялось при изменениях в некоторых пределах вхо­дящих в него величин.
Помехоустойчивость транзисторного ключа тем больше, чем выше коэффициент насыщения:

Хотя для повышения помехоустойчивости желательно увеличивать коэффициент насыщения, однако сле­дует помнить, что при этом растет время переключения транзис­торного ключа.
Транзистор переходит из режима отсечки в режим насыщения и обратно не мгновенно, а в течение определенного времени. Эта инерционность биполярного транзистора
обусловлена двумя ос­новными факторами: накоплением заряда неосновных носителей в базе и емкостями коллекторного С к
и эмиттерного Сэ перехо­дов. Кроме того, на длительность переходных процессов тран­зисторного ключа оказывает влияние емкость нагрузки С н
.

Расчет длительности переходных процессов в транзисторном ключе проводится методом заряда, базирующимся на том факте, что в базе объемный заряд неосновных носителей скомпенсиро­ван, т. е. база электрически нейтральна.
Метод заряда. Так как в базе (p-область) неосновными но­сителями являются электроны, то при u бэ
> U отп
ток базы i б
(t) определяет скорость накопления электронов dq/dt в ней (q — заряд неосновных носителей) и компенсирует их убывание q/t в результате рекомбинации (t — время жизни неосновных носителей в базе). Кроме того, ток базы идет на перезарядку ем­костей' Ск и Сэ при изменении напряжения на переходах. Следо­вательно,
Если емкостные токи коллекторного и эмиттерного переходов невелики, то уравнение (7.2) упрощается:
В стационарном состоянии, когда dq/dt = 0,
т. е. избыточный заряд неосновных носителей в базе пропорцио­нален базовому току. Это соотношение справедливо не только в активном режиме, но и в режиме насыщения транзистора.
С помощью уравнений (7.2) или (7.3) можно определить объем­ный заряд неосновных носителей в базе в функции времени. Од­нако при расчете импульсных схем на транзисторах основной ин­терес представляет определение закона изменения коллекторно­го тока.
В активном режиме работы транзистора при условии, что рас­пределение концентрации неосновных носителей заряда в базе является линейным, имеет место соотношение, которое с извест­ным приближением дает связь между зарядом неосновных носителей в базе и коллекторным током транзистора:
Это соотношение в стационарном режиме справедливо с высокой точностью. Однако в переходном режиме, длительность которо­го соизмерима с временем распространения носителей вдоль базы, линейный характер распределения неосновных носителей в базе нарушается.
Решая уравнения (7.2) или (7.3) и используя соотношение (7.5), можно определить закон изменения коллекторного тока при заданном базовом токе. Преобразуем по Лапласу уравнение (7.3), поскольку это упрощает процедуру решения при различных начальных условиях:
где q(0) — начальное значение заряда неосновных носителей в базе; р —
оператор Лапласа.
Задержка включения.
Рассмотрим процесс включения тран­зисторного ключа при условии, что в момент времени /о на его входе напряжение скачком изменяется от U б
-
до U б
+
(рис. 7.5). В базовой цепи устанавливается ток . Хотя управляющее напряжение изменяется скачком, разность потенциалов между базой и эмиттером из-за наличия прежде все­го емкостей С э
и С к
нарастает до значения U отп
при котором транзистор открывается, но не сразу, а в течение определенного времени. Таким образом, импульс коллекторного тока начина­ется в момент времени, т. е. с некоторой задержкой относи­тельно момента подачи отпирающего напряжения Интервал времени t зд
= t 1
– t 0
определяет длительность стадии задерж­ки - время,
в течение которого происходит перезарядка ем­костей С э
и С к
.
Так как в это время через транзистор протекают емкостные токи, то эквивалентная схема транзисторного ключа
Рис. 7 5. Переходные процессы в ключе ОЭ
Рис. 7.6. Эквивалент­ная схема ключа
на этапе задержки включает внешние резисторы и емкости пере­ходов (рис. 7.6).
В транзисторном ключе обычно R б
> R к
поэтому, пренебре­гая R к
получим цепь первого порядка, переходной процесс в которой определяется соотношением
где . Когда ем­кость нагрузки транзисторного ключа С н
соизмерима или боль­ше суммарной емкости переходов, . После подстановки получим
Стадия задержки заканчивается, когда поэтому
Формирование фронта.
Когда в момент времени t 1
эмиттерный переход открывается, начинается процесс нарастания коллек­торного тока, сопровождающийся снижением коллекторного на­пряжения. Коллекторный ток увеличивается до момента време­ни t 2
, когда транзистор входит в режим насыщения. В интервале времени t 1
…t 2
.
происходит формирование фронта импульса тока. Длительность фронта
t ф
=t 1
+ t 2
можно определить из уравне­ния (7.6). Так как начальный объемный заряд q(0) = 0, а
Подставив выражение (7.9) в (7.5), получим:
Таким образом, и объемный заряд неосновных носителей в базе, и коллекторный ток во время формирования фронта из­меняются по экспоненциальному закону. Когда i к
(t 2
) = I к
изаряд неосновных носителей в базе достигает значения q(t 2
) = tI к нас
/h 21
э
, формирование фронта заканчивается. Восполь­зовавшись соотношением (7.9), получим формулу для расчета длительности фронта
Из полученного соотношения следует, что увеличение базового тока включения приводит к уменьшению длительности фронта импульса коллекторного тока. Если при формировании фронта емкостный ток соизмерим с коллекторным током транзистора, то для расчета t ф
в формуле (7.11) необходимо заменить t на t экв
из (7.8).
После того как транзистор войдет в режим насыщения, ток i к
и напряжение u кэ
перестают изменяться, но процесс накопле­ния заряда продолжается по экспоненциальному закону в соот­ветствии с выражением (7.9), однако постоянная времени здесь другая: t нас
= (0,8. . .0,9)t.
Поскольку процесс накопления носит экспоненциальный ха­рактер, то время, в течение которого заряд неосновных носителей достигает стационарного значения, можно вычислить по форму­ле t нас
= (0,8. . .0,9)t нас
.
На этом процесс включения транзисторного ключа заканчи­вается.
Когда в момент времени t 3
происходит переключение входного напряжения с U б
+
на U б
-
(см. рис. 7.3), начинается процесс вы­ключения транзисторного ключа. При переключении входного напряжения ток базы меняет направление и становится равным
Стадия рассасывания.
В результате изменения направления базового тока начинается процесс рассасывания неосновных носителей. Несмотря на уменьшение заряда, транзистор некото­рое время находится в режиме насыщения и коллекторный ток остается равным I к нас
В момент времени t 4
(см. рис. 7.5) кон­центрация неосновных носителей около коллекторного перехода уменьшается до нуля и на коллекторном переходе восстанавли­вается обратное напряжение.
Таким образом, интервал времени t рас
= t 4
– t 3
определяет за­держку среза импульса коллекторного тока. Время t рас
, кото­рое называется временем рассасывания,
можно определить из уравнения (7.6), положив
Переходя от изображения к оригиналу, получим
Этап рассасывания заканчивается, когда транзистор входит в активный режим, и если положить, что в момент времени t 4
объемный заряд q(t 4
) = t нас
I к нас
/h 21э
, то получим
Иногда зарядом q(t 4
) пренебрегают, и формула для расчета вре­мени рассасывания принимает вид
Стадия формирования спада.
В дальнейшем начинается умень­шение базового и коллекторного токов, что сопровождается уве­личением напряжения u кэ
и формируется спад вершины импульса коллекторного тока. Процессы, протекающие в транзисторном ключе в этой стадии, довольно сложны, и количественная оцен­ка длительности спада зависит от того, какие факторы пре­валируют. Принимая во внимание, что в момент окон­чания стадии спада q(t 5
) = 0, получаем
Данная формула получена при довольно грубом приближе­нии, поскольку в действительности ток базы не остается пос­тоянным и нельзя пренебрегать токами зарядки и емкости нагрузки транзисторного ключа. Когда определяющим явля­ется процесс зарядки этих емкостей, то длительность спада рас­считывается по формуле
1. Быстров Ю. А. Мироненко И. Г. “Электронные цепи и устойства”
2. Манаев Е. И. “Основы радиоэлектроники”
3. Степаненко И. П. “Основы микроэлектроники”
4. Пасынков В. В. “Полупроводниковые приборы”

Название: Электронные ключи
Раздел: Рефераты по информатике, программированию
Тип: реферат
Добавлен 17:51:08 03 июня 2010 Похожие работы
Просмотров: 1242
Комментариев: 16
Оценило: 7 человек
Средний балл: 4.3
Оценка: 4   Скачать

Рис. 7.3. Схема транзисторного ключа с общим эмиттером
Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Реферат: Электронные ключи
Контрольная работа по теме Планирование балансовой прибыли. Показатели планирования (нормирования) оборотных средств предприятия
Курсовая работа: Управление затратами на персонал. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Александр Герцен - поэт и гражданин
Контрольная работа по теме Работник как сторона трудового договора
Дипломная Работа На Тему Товарознавча Експертиза Та Митне Оформлення Автомобілів Ват "Уаз"
Реферат: Ремонт и техническое обслуживание рабочих тормозных систем автомобиля ВАЗ-2107
Юридические Услуги Реферат
Курсовая работа по теме Состояние и пути совершенствования социально-культурной деятельности в музее "Анна Ахматова. Серебряный век"
Реферат: Виробнича функція з одним змінним фактором
Дипломная работа по теме Эффективные приемы обучения грамматической стороне высказывания на среднем этапе в школе
Долг Это Уважение К Праву Другого Эссе
Реферат: Афанасий Никитин. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Антандруи. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Становление современного Российского государства
Реферат по теме Основні риси Відродження, його гуманістичний зміст
Сотников Быков Аргументы К Сочинению
Сочинение Проблема Воспитания В Комедии Фонвизина Недоросль
Реферат по теме Так что же такое сейсморазведка?
Контрольная Работа Функции 9 Класс Макарычев
Пиво Эссе Мл
Дипломная работа: Советская культура и современная Россия
Реферат: Деловая репутация предприятия
Реферат: Анализ безубыточности в маркетинговой деятельности