Выше 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.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
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). Через u
вх обозначено входное напряжение, которое в зависимости от управляющего сигнала u
упр подается или не подается на нагрузку R
н. напряжение u
вх может быть как положительным, так и отрицательным. Если u
вх > 0, то рассматриваемый аналоговый ключ работает так же, как изученный ключ с постоянным напряжением питания. Если u
вх < 0, транзистор работает в инверсном режиме.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
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 бщим эмиттером при инверсном включении транзистора (рис. 3.13). Из-за несимметрии структуры транзистора, различия в концентрациях примесей в различных его областях остаточное напряжение для инверсного включения U
инв обычно значительно меньше напряжения U. Часто U
инв 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). Можно заметить, что последняя схема фактически повторяет предыдущую, отличаясь только условно-положительными направлениями токов и напряжений. Подобным образом соотносятся и характеристики.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
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).
Такие устройства называют также прерывателями. Изобразим схему аналогового ключа на основе такой микросхемы (рис. 3.16). Входной сигнал u
вх 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 i
вх будет положительным. Транзистор Т
1 будет работать в нормальном режиме, причем он включен по схеме с общим коллектором. В соответствии с приведенными выше характеристиками в режиме насыщения u
кэ1 < 0.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
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.
