3.3. Транзисторный переключатель тока

В ряде случаев требуется не простая коммутация тока в нагрузке, а переключение тока из одной цепи в другую. Такую задачу можно решить с помощью переключателя тока, схема которого приведена на рис. 3.12а.

В схемном отношении переключатель тока представляет собой дифференциальный усилитель, работающий в режиме большого входного сигнала. База транзистора T2 подключена к источнику постоянного опорного напряжения . На базу транзистора T1 подается входной управляющий сигнал. В общей эмиттерной цепи транзисторов T1 и T2 включен источник стабильного тока (ИСТ) , выполненный на транзисторе T3. Резисторы R1, R2, R3, а также диод D служат для задания и стабилизации тока коллектора T3 .

При полной симметрии схемы, когда и параметры транзисторов одинаковы, ток , при распределяется между эмиттерами транзисторов T1 и T2 пополам, т.е. . Выходные напряжения , так как близко к единице.

При росте разностный сигнал делится на эмиттерных переходах пополам, но на переходе T1 это приращение напряжения суммируется с равновесным значением и ток базы T1 растет, растет и ток коллектора T1, а на эмиттерном переходе T2 - вычитается из , ток базы T2 уменьшается, падает и ток коллектора T2 . Дальнейшее увеличение , приводит к тому, что транзистор T2 закрывается, а T1 - открывается . Весь ток полностью идет через транзистор T1. При этом напряжение , а (см. рис. 3.12б). При наблюдается обратный процесс – транзистор T1 закрывается, а ток полностью ответвляется в цепь коллектора T2. Тогда , а .

Таким образом, при изменении на некоторое значение симметрично относительно опорного напряжения, т. е. при изменении от до , ток переключается: он будет протекать либо через T1 , либо через T2.

В активном режиме ток коллектора существенно зависит от напряжения . Согласно этому выражению для изменения тока от 0,95 до 0,05 достаточно уменьшить напряжение всего на . Для надежного управления переключателем тока обычно выбирают амплитуду управляющего напряжения с учетом всех дестабилизирующих факторов.

Для обеспечения ненасыщенного режима работы транзисторов в переключателе тока необходимо, чтобы напряжение открытого транзистора было . Как видно из рис. 3.12б, самым неблагоприятным будет случай, когда открыт транзистор T1. Напряжение на базе T1 при этом , а на коллекторе . Неравенство . будет выполнено при условии .

При последовательном включении нескольких однотипных переключателей тока, когда выходной сигнал одного из них используют в качестве входного для последующего, необходимо согласовать уровни входного и выходного сигналов. Амплитуда выходного напряжения должна удовлетворять условию , а его среднее значение соответствовать уровню , т. е. необходимо понизить на величину , равную 0,8 В.

Таким согласующим каскадом может быть эмиттерный повторитель, напряжение на выходе которого меньше входного на величину . Переключатель тока с эмиттерными повторителями на выходах изображен на рис. 3. 13. Эмиттерные повторители играют важную роль. Повышается нагрузочная способность схемы благодаря малому выходному сопротивлению эмиттерных повторителей и повышается быстродействие, т. к. ускоряется заряд паразитных емкостей нагрузки.

Переключатель тока имеет высокое быстродействие, которое обусловлено следующим:

Открытые транзисторы работают в ненасыщенном режиме;

Транзисторы работают практически при включении по схеме с ОБ (база транзистора T2 через источник , заземлена, а транзистор T1 работает от источника сигнала с малым внутренним сопротивлением, особенно при применении эмиттерных повторителей, и постоянная времени процесса включения или выключения транзисторов здесь равна , а не , как в схеме с ОЭ);

Перезаряд паразитных емкостей, шунтирующих коллекторы транзисторов, протекает весьма быстро, т.к. при малых необходимых перепадах напряжения можно выбирать малые сопротивления при приемлемых значениях тока (обычно выбирают из условия , когда дальнейшее уменьшение уже не приводит к существенному повышению быстродействия).