рис. 3.12 аВыше рассмотрены ключи, в выходных цепях которых используются источники постоянного напряжения (источники питания). Назначение таких ключей состоит в том, чтобы создать на выходе или напряжение, близкое к нулю (когда ключ открыт), или напряжение, близкое к напряжению питания (когда ключ закрыт, а ток, потребляемый нагрузкой, подсоединенной к ключу, достаточно мал). Такая работа характерна для ключей цифровой электроники (их называют цифровыми ключами) и силовой электроники.

В информативной электронике используются также и ключи, имеющие другое назначение. Оно состоит в том, чтобы соединять или рассоединять источник входного, содержащего информацию аналогового сигнала и прием­ник этого сигнала. Такие ключи принято называть аналоговыми. Их также называют аналоговыми коммутаторами.

Рассмотрим простейшие схемы аналоговых ключей на биполярных транзисторах. На рис. 3.12, а представлена схема с общим эмиттером. Изобразим выходные характеристики транзистора для прямого и инверсного включения в области, близкой к началу координат (рис. 3.12, б).

рис. 3.12 а

рис. 3.12 б

Через uвх обозначено входное напряжение, которое в зависимости от управляющего сигнала uупр подается или не подается на нагрузку Rн. напряжение uвх может быть как положительным, так и отрицательным. Если uвх > 0, то рассматриваемый аналоговый ключ работает так же, как изученный ключ с постоянным напряжением питания. Если uвх < 0, транзистор работает в инверсном режиме.

Одним из недостатков биполярного транзистора с точки зрения применения его в аналоговых ключах является то, что выходные характеристики не проходят через начало координат. Вследствие этого ток iк и напряжение uвых будут равны нулю не тогда, когда uвх = 0, а при некотором положительном входном напряжении U. напряжение U обычно составляет 10... 100 мВ. Это напряжение называют остаточным или напряжением смещения.

На практике для уменьшения величины U транзистор включают так, чтобы роль эмиттера играл коллектор, а роль коллектора — эмиттер. Изобразим соответствующие характеристики и схему, которую иногда называют схемой с общим эмиттером при инверсном включении транзистора (рис. 3.13).

рис. 3.13 а

Из-за несимметрии структуры транзистора, различия в концентрациях примесей в различных его областях остаточное напряжение для инверсного включения Uинв обычно значительно меньше напряжения U. Часто Uинв составляет 1...5 мВ. Но, используя инверсное включение, следует помнить, что максимально допустимое запирающее напряжение эмиттерного перехода обычно значительно меньше соответствующего напряжения для коллекторного перехода.

Обратимся к третьей простейшей схеме — схеме с общим коллектором (рис. 3.14).

рис. 3.14

Можно заметить, что последняя схема фактически повторяет предыдущую, отличаясь только условно-положительными направлениями токов и напряжений. Подобным образом соотносятся и характеристики.

Рассмотрим компенсационный аналоговый ключ на биполярных транзисторах. С целью уменьшения напряжения на открытом ключе используют последовательное включение одинаковых транзисторов. Промышленность выпускает интегральные схемы, содержащие пары транзисторов, предназначенные для такого использования. Изобразим принципиальную схему интегральной микросхемы 101КТ1А (рис. 3.15).

рис. 3.15

Такие устройства называют также прерывателями. Изобразим схему аналогового ключа на основе такой микросхемы (рис. 3.16).

рис. 3.16

Входной сигнал uвх может быть постоянным любой полярности или переменным. Управляющий сигнал передается через трансформатор.

Пусть в некоторый момент времени имеют место те полярности входного напряжения и напряжения на вторичной обмотке трансформатора, которые указаны без скобок, тогда транзисторы будет открыты и входной ток iвх будет положительным. Транзистор Т1 будет работать в нормальном режиме, причем он включен по схеме с общим коллектором. В соответствии с приведенными выше характеристиками в режиме насыщения uкэ1 < 0. Транзистор Т2 будет работать в инверсном режиме. В соответствии с приведенными выше характеристиками для схемы с общим эмиттером при инверсном включении uэк2 > 0. Таким образом, остаточные напряжения на транзисторах будут взаимно компенсироваться. Поэтому такие аналоговые ключи называют компенсированными. Благодаря этому общее напряжение на транзисторах оказывается очень малым. Для указанной микросхемы это напряжение не более 100 мкВ.

Для уяснения особенностей работы схемы полезно учитывать сделанное выше замечание о том, что используемые в рассматриваемом ключе простейшие схемы фактически совпадают. В случае такой полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора, которая указана в скобках, ключ будет закрыт. Для данной микросхемы ток утечки не более 40 нА. Максимальный ток открытого ключа — 10 мА.

Компенсированные транзисторные ключи входят в состав различных микросхем серий 124, 129, 162.


Рекомендуйте эту статью другим!



Защиты шкафа по IP 1
фев 09, 2014 4203

Защиты шкафа по IP

Степень защиты IP (Ingress Protection Rating) используется для определения защищённости…
дек 19, 2012 6967

Нормы качества электрической энергии, параметры электроэнергии, факторы повышения и снижения

Качество электроэнергии в электрической сети характеризуется показателями качества…
Система заземления TN-C 2
янв 05, 2014 2013

Система заземления TN-C

Зачем каждому человеку знать о том, что представляют собой системы заземления? Все…
Векторная диаграмма токов и напряжений 2
сен 19, 2014 33453

Векторная диаграмма токов и напряжений

Использование векторных диаграмм при анализе, расчете цепей переменного тока делает…
Развитие возобновляемой энергетики в России 1
окт 09, 2013 7357

Развитие возобновляемой энергетики в России

Энергетика — это основа современной цивилизации. Она обеспечивает экономику и население…