1.1.Статические состояния ключа "оэ".

Рассмотрим работу транзистора в ключе "ОЭ" в установившемся ре­жиме. Поведение транзистора нагля­дно отображается выходными и входными статическими характеристиками на рис.4 и рис.5.

На рис.4 показана линия на­грузки и обозначены три основные области, в которых мо­жет локализоваться рабочая точка.

1.1.1.Режим отсечки

Р

Область насыщения

I_б1^’I_б1

I_к

“Н”

Область насыщения

I_б1^’I_б1

I_к

“Н”

Область насыщения

I_б1^’I_б1

I_к

“Н”

Нормальный

активный

абочая точка "О" соответст­вует закрытому состояние ключа. Она характеризует режим отсечки. В этом случае оба перехода транзистора смещены в об­ратном: направлении. На транзисторе падает напряжение U_ко, близкое к напряжению Е _к :

I_б10

I_б1=0

I_б10

I_б1=0

I_б10

I_б1=0

режим

.

Ч

Рис.4

0

I_б=-I_к0

E_к

U_кн

“О”

U_ко

U_кэ

Рис.4

0

E_к

U_кн

“О”

U_ко

U_кэ

Рис.4

0

E_к

U_кн

“О”

Область отсечки

U_ко

U_кэ

ем больше тепловой ток и величина сопротивления в цепи коллектора, тем более существенно отличается U_ко от Е_к.

В режиме отсечки в цепи базы и эмиттера транзистора текут токи:

Поэтому надежное запирание тран­зистора (на схеме рис.1) будет обеспечено при отрицательном входном на­пряжении U_вх =-Е_б2 (рис.5):

-

где _т =0,025Т/293 [В] - темпера­турный потенциал;

[Т]- температура окружающей среды, [К].

Наиболее сильно температу­ра окружающей среды влияет на ве­личину тока I_к0. Зависимость I_к0 от T характеризуют температурой удвое­ния Т* - приращением температу­ры, вызывающим удвоение теплового тока. Для кремния температура удвоения при средней комнатной температуре Т₀ =2О°С примерно равна 5С; для германия- 10°С. Если известен тепловой ток при температуре Т₀, то при любой другой температуре Т его можно приближенно оценить из соотношения:

I_к0(Т) = I_к0(Т₀) 2^{(∆Т / Т*)} ,

где ∆Т = Т – Т₀.

У германиевых транзисторов I_к0 особенно значителен: даже в маломощных транзисторах при 70С он достигает величины I_{к0 max} = 0,1 мА. Ввиду этого, надежное запирание германиевых транзисторов в ключах, работающих в широком интервале температуры окружающей среды, будет обеспечено только при наличии напряжения смещения величиной:

Е_б2 ≥ I_{к0 max} R_б.

При применении в ключах кремниевых транзисторов режим отсечки надежно обеспечивается при нулевом входном сигнале, т.е. при отсутствии специального источника смещения.

Это видно из входной характеристики кремниевого n-p-n транзистора на рис. 6. Характеристика имеет так называемую "пятку", т.е. смещена вправо на 0,4…0,7 В. При комнатной температуре напряжение открытого перехода маломощных транзисторных ключей U_бэ = U_бэ0 ≈ 0,7 В и сравнительно мало зависит

,

мА

от изменения базового тока в диапазоне I_б = 0,1…1 мА, что соответствует нормальному токовому режиму.

В микрорежиме, характером для ключей интегральных микросхем, базовый ток транзистора изменяется в меньшем диапазоне I_б = 1…10 мкА, при этом напряжение открытого перехода U_бэ0 ≈ 0,5 В.

Если прямое напряжение на переходе база-эмиттер на 0,1 В (на 4φ_т) меньше напряжения U_бэ0, то транзистор уже может считаться практически запертым. Таким образом, напряжение U_бэ0- 4φ_т есть напряжение отпирания кремниевого транзистора. Поскольку U_бэ0 и I_к0 зависит от температуры ( на рис. 6 показано смещение ВАХ при повышении температуры на 130 С), то для расчета Rб в ключах на кремниевых транзисторах можно использовать формулу:

Так, например, максимальная расчетная величина сопротивления R_б в цепи базы транзистора с I_к0мах = 10 мкА, U_бэ0=0,5В (см. рис.1), надежно его запирающего при U_вх=0, равна 40кОм.

Эквивалентная схема ключа на германиевом транзисторе p-n-p типа для режима отсечки представлена на рис. 7. В схеме закрытого ключа действуют напряжения:

а) отрицательное между коллектором и базой

U_бк = Е_к + Е_б2 - I_к0R_б ,

при этом U_бк не должно превышать предельно допустимого напряжения U_{бк доп.}.

б) между базой и эмиттером приложено положительное напряжение:

U_бэ = Е_б2 - I_к0R_б ,

которое также не должно превышать предельно допустимого для данного типа транзистора U_{бэ доп} . Для дрейфовых транзисторов это напряжение не должно превышать 4 В. В диффузионных транзисторах Uбэ_доп как правило, имеет большую величину.

Обратный ток эмиттерного перехода в большинстве случаев значительно меньше I_к0 и мало влияет на работу ключа. Поэтому в эквивалентной схеме на рис. 7 эмиттерная цепь представлена разомкнутой.