KL-BT (1075426)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Работа транзистора в ключевом режиме

(расчет элементов схемы).

Рис. 1. Принципиальная схема ключевой схемы на биполярном транзисторе.

Проанализируем работу биполярного транзистора в ключевом режиме в схеме с общим эмиттером, которая приведена на рис. 1. В исходном состоянии в отсутствии входного импульсного напряжения V3 транзистор находится в режиме отсечки, так как на базу подано отрицательное напряжение от источника V2. При выборе напряжения V2 учитывают, что максимальное напряжение на эмиттерном переходе ограничено, и у всех транзисторов оно меньше максимального напряжения на коллекторном переходе. С поступлением на базу положительного импульсного напряжения от источника V3 транзистор открывается, а по его окончанию возвращается в исходное состояние. Частотные зависимости параметров транзистора ограничивает скорость его перехода из одного состояния в другое. Времена переходов определяются как свойствами транзистора, так и параметрами элементов схемы и величинами напряжений источников. При определении времени переходных процессов форма управляющего напряжения выбирается в виде прямоугольного импульса с длительностью большей времени накопления избыточных неосновных носителей заряда в базе, когда транзистор находится в открытом состояния.

Переход транзистора из режима отсечки в режим насыщения состоит из двух этапов:

t_зд – времени задержки, определяемого процессом изменения напряжения на эмиттерном переходе от исходного запирающего значения U_БЭ (для n-p-n транзистора величина отрицательна или равна нулю) до напряжения U_БЭ0, при котором согласно входной характеристики появляется базовый ток, т.е. транзистор переходит в активный режим;

t_н – времени нарастания переднего фронта коллекторного тока, в течении которого транзистор находится в активном режиме при переходе из режима отсечки в режим насыщения.

Суммарную длительность этих процессов принято называть временем включения t_вкл ключевой схемы, и оно равно:

t_вкл = t_зд + t_н.

Обратный переход транзистора из режима насыщения в режим отсечки также состоит из двух этапов:

t_рас – времени рассасывания избыточных неосновных носителей в базе, в течение которого транзистор остается в режиме насыщения при отсутствии управляющего импульсного напряжения;

t_сп – времени спада заднего фронта коллекторного тока, когда транзистор оказывается в активном режиме при переходе из режима насыщения в режим отсечки.

Длительность возвращения транзистора из режима насыщения в режим отсечки принято называть временем выключения t_выкл ключевой схемы, и оно равно:

t_выкл = t_рас + t_сп.

Поэтому полное время переключения t_пер схемы, которое характеризует ее быстродействие, определяется как

t_пер = t_вкл + t_выкл.

Длительности переходных процессов во многом зависят от величины тока базы в открытом (I_Б.пр) и закрытом (I_Б.обр) состоянии транзистора. Прямой ток базы I_Б.пр, обеспечивающий работу транзистора в режиме насыщения, определяется параметрами элементов входной цепи (R2, R3, V2 и U_m). В импульсной технике работу транзистора в режиме насыщения характеризуют степенью насыщения N, под которой понимают отношение прямого тока базы I_Б.пр к току насыщения базы I_Б.нас

N = I_Б.пр / I_{Б.нас .}

Ток насыщения базы транзистора I_Б.нас – это ток, при котором транзистор находится на границе между активным режимом и режимом насыщения. Начиная с данного базового тока, в ключевой схеме напряжение между коллектором и эмиттером U_КЭ.нас минимально (для маломощных транзисторов U_КЭ.нас  0.2 В.), а ток коллектора максимален. Максимальную величину тока коллектора в схеме принято называть током насыщения коллектора I_К.нас. Если принять, что в режиме насыщения U_КЭ.нас =0, то коллекторный ток насыщения транзистора I_К.нас определяется только параметрами выходной цепи схемы и не зависит от свойств транзистора:

I_К.нас =V3/R1.

При работе транзистора на границе активного режима и режима насыщения сохраняется связь между токами коллектора I_К и базы I_Б через коэффициент усиления по току h_21Э, как и в активном режиме

I_К = h_21Э * I_Б + I_КЭ0  h_21Э * I_Б,

где I_КЭ0 - сквозной ток транзистора (I_КЭ0<< h_21Э * I_Б ). Поэтому ток насыщения базы I_Б.нас транзистора определяется не только параметрами элементов схемы, но и коэффициентом усиления тока h_21Э транзистора

I_Б.нас = I_К.нас / h_21Э =V3/( h_21Э *R1).

Д
ля вычисления прямого тока базы транзистора входную цепь ключевой схемы (рис. 1) заменим эквивалентной, вид которой показан на рис.2. В эквивалентной схеме эмиттерный переход представлен короткозамкнутой перемычкой, так как на открытом переходе напряжение мало (для кремниевых транзисторов U_БЭ0.7 B.).

Рис. 2. Эквивалентная схема входной цепи ключевой схемы.

Из такой эквивалентной схемы легко находится прямой ток базы I_Б.пр в режиме насыщения, и он равен

I_Б.пр = U_m/R3 – V2/R2.

Если потребовать в схеме, чтобы прямой ток I_Б.пр определялся бы в основном амплитудой U_m импульсного генератора напряжения V2 (так удобнее проводить исследования), то для этого необходимо, чтобы (U_m/R3)>>( V2/R2). В этом случаи прямой ток базы равен

I_Б.пр  U_m/R3,

а степень насыщения N транзистора линейно зависит от амплитуды U_m входного импульсного напряжения

N=( U_m/R3)/( V3/(h_21Э*R1))= h_21Э*(R1/R3)*( U_m/V1).

Поэтому, если для ключевой схемы заданы тип транзистора, напряжение V1 источника питания выходной цепи, ток насыщения коллектора I_К.нас, напряжение запирающего источника V2 и амплитуда напряжения U_m^зад импульсного генератора, создающая заданную степень насыщения N^зад транзистора, то все сопротивления схемы определяются однозначно. Так сопротивление резистора коллекторной цепи должно быть равно:

R1= V1/ I_К.нас.

Из условия заданной степени насыщения N^зад транзистора при заданной амплитуде U_m^зад входного импульсного напряжения определяется сопротивление R3:

R3=( h_21Э / N^зад)*( U_m^зад /V1)*R1.

Второй резистор R2 входной цепи выбирается из требования независимости прямого тока базы от напряжения запирающего источника V2, что выполняется при условии:

R2>>(V2/ U_m^зад)*R3.

Проведем расчет параметров элементов ключевой схемы на транзисторе КТ315А, когда заданы напряжение питания выходной цепи V1=(1/2)*U_КЭ.max , ток насыщения транзистора I_К.нас =I_К.max/2, напряжение запирающего источника V2= -2 В., амплитуда импульсного источника Um^зад = 5 В , при которой степень насыщения транзистора N^зад =1. В справочных данных на КТ315А указано предельное напряжение между коллектором и базой U_КБ.max = 25 В. и максимальный ток коллектора I_К.max =100 мА. Учитывая, что максимальное напряжение U_КЭ.max несколько меньше U_КБ.max (U_КЭ.max 0.8* U_КБ.max), то выберем напряжение питания выходной цепи V1=10 B. Согласно заданию ток коллектора в режиме насыщения I_К.нас должен быть равен 50 мА, а это определяет величину коллекторного сопротивления:

R1= V1/ I_К.нас =10 В / 50 мА = 200 Ом.

Для определения сопротивления R3 необходимо знать величины коэффициент усиления тока h_21Э, для чего лучше воспользоваться результатами первой лабораторной работы. Зависимость коэффициента усиления тока базы h_21Э от тока эмиттера для транзистора КТ315А, полученная в среде МС6, показана на рис. 3.

Р
ис. 3. Изменения коэффициента усиления тока базы в зависимости от тока эмиттера.

Из данной зависимости можно принять, что для транзистора КТ315А при I_К=50 мА h_21Э50. В таком случаи сопротивление R3 должно быть равно

R3=( h_21Э / N^зад)*( U_m^зад /V1)*R1= (50/1)*(5/10)*200 [Ом] = 5 кОм.

Сопротивление R2 выберем из условия независимости прямого тока базы от запирающего источника смещения:

R2>>(V2/ U_m^зад)*R3=(2/5)*5 [кОм] = 10*(2/5)*5=20 кОм.

Из временного анализа работы ключевой схемы [1,2]следует, что время задержки определяется как

t_зд = (С_э + С_к )( U_БЭ+ U_БЭ0) / I_б.пр,

время нарастания как

t_н = (h_21эС_кR1 + t_б )ln(1 - I_кн / bI_б.пр)^-1

время рассасывания как

t_рас = t_бln(1 + I_б.пр / I_б.обр )

и время спада как

t_сп » (bС_кR_к +t_б)ln(1+ I_кн /bI_б.обр).

Для определения данных времен необходимо знать емкости эмиттерного С_Э и коллекторного С_К переходов и время жизни _Б неосновного носителя в базе. В справочных данных на высокочастотные транзисторы, как правило, приводят только емкость коллекторного перехода С_К, измеренную при определенном напряжении на коллекторе, а емкость эмиттерного перехода С_Э не указывают. На первом этапе работы ключевой схемы, который определяетвремя задержки, оба перехода транзистора находятся в запертом состоянии. Поэтому конденсаторы С_Э и С_К отражают накопление пространственных зарядов в эмиттерном и коллекторном переходах, т.е. представляют собой барьерные емкости. Величины этих емкостей зависят от обратного напряжения U_обр на каждом переходе ( от зависит ширина обедненного перехода, т.е. расстояние между «обкладками») и площадей S. В первом приближении можно принять, что эмиттерный и коллекторный переходы работают в равных условиях, а поэтому принять, что С_Э ≈ С_К равными по величине.

Постоянная времени базы _Б связана с предельной частотой f_h21э усиления тока базы простым соотношением

_Б =1/2** f_h21э .

Если в справочнике на транзистор приведена граничная частота f_гр (частота, на которой коэффициент усиления тока базы уменьшается до 1), то предельная частота находится как

f_h21э = f_гр /h_21э.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы