Электронные ключи - реферат

Министерство Науки и Высшего образования

Республики Казахстан

Республиканское государственное казенное предприятие

Восточно-Казахстанский муниципальный институт

Кафедра прикладной механики

Реферат на тему:

«Электронные ключи»

Выполнил:

студент группы 4Ж

Антонов А.И.

Усть-Каменогорск

1999 г.


Оглавление.

1. Главный РЕЖИМ РАБОТЫ Электрической ЛАМПЫ

2. СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

3. ВКЛЮЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

4. ВЫКЛЮЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

5. Перечень литературы

Электрические КЛЮЧИ

При работе в импульсных Электронные ключи - реферат схемах электрические приборы (лампы, транзисторы, тиристоры и др ) имеют два рабочих состояния. В одном из их электрический прибор закрыт, ток через него фактически не проходит и его внутреннее со­противление Ri велико; в другом состоянии прибор открыт, ток в выходной цепи имеет данное значение, а внутреннее сопротивление не много Электронные ключи - реферат. Переход из 1-го состояния в другое сопровождается переходным процессом, время которого определяет продолжительность фронта и среза импульса. Таковой режим работы электрического прибора именуется главным.

1. Главный РЕЖИМ РАБОТЫ Электрической ЛАМПЫ

Когда коммутируемая импульсная мощность не превосходит де­сятков ватт, в качестве главных частей употребляются тран­зисторы.

В массивных генераторах импульсов используют особые импульсные модуляторные Электронные ключи - реферат лампы. Двум рабочим состояниям


Рис. 7.1. Анодно-сеточная и сечочная свойства лам­пы.


Рис. 7.2. Схема ключа на электрической лампе.

электрической лампы соответствуют определенные положения ра­бочей точки на анодно-сеточной характеристике (рис. 7.1). Лампа закрыта (режим отсечки), когда напряжение на сетке uсет мень­ше порогового Uпор и рабочая точка (точка А) находится Электронные ключи - реферат на го­ризонтальном участке свойства. Анодный и сеточный токи лампы при всем этом фактически равны нулю. Когда uсет > Uпор , лампа открыта. В анодной цепи протекает ток Ia , а если при всем этом напряжение на сетке положительное, то имеет место сеточный ток Iсет (точка В). Участок свойства меж этими Электронные ключи - реферат 2-мя точками нельзя аппроксимировать отрезком прямой полосы.

Таким макаром, электрическая лампа в главном режиме ведет себя как значительно нелинейный элемент. Естественно, что при анализе импульсных схем нужно учесть эту нелиней­ность.


Чтоб, с одной стороны, учитывать нелинейность электрических устройств, а с другой — не усложнять расчет, употребляют ис Электронные ключи - реферат­кусственный прием расчета импульсных схем. Суть его со­стоит в том, что рассматривают процессы в схеме для 2-ух состоя­ний электрического прибора: открытого и закрытого, который пред­ставляется надлежащими эквивалентными параметрами. Вид анодно-сеточной свойства электрической лампы (ее нелинейность) не имеет существенного значения, так как за­кон конфигурации напряжения либо Электронные ключи - реферат тока при формировании фронта и среза импульса не является основным. Определяющей является продолжительность переходного процесса, которая должна быть малой.

В режиме отсечки участки схемы, к которым подключены сет­ка и анод лампы (рис. 7.2), представляются разомкнутыми. В отк­рытом состоянии анодная цепь заменяется эквивалентным резис­тором, сеточная цепь также представляется эквивалент­ным Электронные ключи - реферат резистором.

Продолжительность перехода лампы из открытого состояния в за­крытое и оборотного перехода определяется временем конфигурации напряжения на электродах, которое в главном находится в зависимости от пос­тоянной времени цепей перезарядки межэлектродных емкостей. Инерционность электрического потока лампы при анализе переходного процесса обычно не учитывают, потому что время просвета Электронные ключи - реферат электронами меж электродного простран­ства составляет толики наносекунды. Так как продолжительность фронта и среза импульсов, генерируемых схемами с модулятор­ными лампами, еще больше сих пор, такое допущение правомерно.

2. СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

Рис. 7.3. Схема транзисторного ключа с общим эмиттером

В силу ряда неопровержимых преимуществ (отсутствие накала, ма­лые габариты, малая Электронные ключи - реферат потребляемая мощность, высочайшая надеж­ность) транзисторы на сто процентов поменяли электрические лампы в ма­ломощных импульсных схемах. Более того, внедрение тран­зисторов позволило сделать такие схемы, реализация которых при помощи ламп принципно невозможна. В импульсных схемах употребляются германиевые и кремниевые, биполярные и полевые транзисторы. В предстоящем будем Электронные ключи - реферат рассматривать схемы на кремниевых транзисторах n-p-n-типа, так как они более обширно используются.

Почти всегда употребляют транзисторный ключ с общим эмиттером (ОЭ), в каком нагрузочный резистор включен в коллекторную цепь (рис. 7.3). (Если в схеме употребляется

не п-р-п-, а p-n-p-транзистор, то на коллектор подается отрица­тельное напряжение Электронные ключи - реферат.) Напряжения и токи, надлежащие за­крытому и открытому состояниям транзистора, могут быть опре­делены при помощи входных и вы­ходных статических черт транзистора, включенного по схе­ме ОЭ (рис. 7.4).

Режим отсечки. Закрытому состоянию транзистора соответ­ствует режим отсечки, при кото­ром на коллекторном и эмиттер-ном переходах действуют оборотные Электронные ключи - реферат напряжения. Через переходы проходят токи, обусловленные процессами термический генерации носителей заряда в объеме по­лупроводника. При включении

транзистора по схеме ОЭ в режиме отсечки в коллекторной цепи протекает ток, близкий оборотному току коллекторного перехода. Этот ток закрытого кремниевого транзистора ничтожно мал (наименее 1 нА), потому его обычно в расчетах Электронные ключи - реферат не учитывают и


uкэ

в)

uбэ

а)


Рис. 7.4. Входная (а) и выходная (в) свойства транзисторного ключа ОЭ

входное и выходное сопротивления закрытого кремниевого транзистора, определяемые сопротивлениями обратносмещенных коллекторного и эмиттерного переходов, при расчетах прини­мают нескончаемо большенными.

Ток коллекторного перехода закрытого германиевого тран­зистора на несколько порядков больше, чем ток кремниевого. Потому Электронные ключи - реферат при анализе импульсных схем с германиевыми транзис­торами его учитывают и транзистор в режиме отсечки представ­ляют источником тока, действующим в цепи коллектор — база.

Прямые ветки входных статических черт в первом приближении представляются экспоненциальной зависимостью тока базы от напряжения база — эмиттер. Как следует, сколь угодно маленькое повышение Электронные ключи - реферат напряжения uбэ приводит к рос­ту Iб . Но ток базы становится приметным только при опреде­ленном значении и uбэ = Uотп . Потому при расчетах импульсных схем комфортно воспользоваться напряжением отпирания (открывания) Uотп .

Режиму отсечки соответствует точка А на статических ха­рактеристиках транзистора.

Режим насыщения. Транзистор раскрывается, когда на вход подается положительное Электронные ключи - реферат напряжение, и при условии uбэ > Uотп . коллекторный и базисный токи растут. По мере на­растания тока базы вырастает коллекторный ток и миниатюризируется кол­лекторное напряжение uкэ за счет падения напряжения на ре­зисторе также миниатюризируется оборотное напряжение, приложенное к коллекторному переходу.

Пока при увеличении тока на коллекторном переходе имеется оборотное напряже Электронные ключи - реферат­ние, транзистор находится в активном режиме и имеет место сле­дующее соотношение меж токами:

При неком значении базисного тока напряжение на кол­лекторном переходе становится равным нулю и предстоящее повышение тока Iб , а как следует, и тока Iк приводит к появ­лению прямого напряжения на коллекторном переходе, т. е Электронные ключи - реферат. потенциал базы относительно коллектора становится положи­тельным. В прямом направлении оказывает­ся включенным не только лишь эмиттерный, да и коллекторный пере­ход. Это приводит к тому, что не все носители, инжектированные эмиттером и дошедшие до коллекторного перехода, перехваты­ваются им. Навстречу сгустку неосновных носителей, идущих из Электронные ключи - реферат базы в коллектор, движется поток таких же носителей из коллек­тора в базу, и суммарный их ток определяется разностью этих потоков. В итоге коллекторный ток при предстоящем уве­личении тока базы перестает расти. Транзистор перебегает в режим насыщения, который характеризуется всепостоянством тока коллектора В связи с тем что в режиме насыщения кол Электронные ключи - реферат­лекторный переход не производит полной экстракции носите­лей из базы, там происходит их скопление и насыщенная ре­комбинация и пропорциональная зависимость меж токами Iб и Iк не производится.

Напряжения на коллекторе и базе насыщен­ного транзистора остаются фактически неизменными.

Токи, протекающие во наружной цепи транзистора в насыще­нии, определяются Электронные ключи - реферат последующими соотношениями:

где UБ + , UП - напряжения источников питания базы и коллек­тора.

Как видно, токи транзисторного ключа в режиме насыщения определяются наружными параметрами схемы и фактически не зависят от характеристик-транзистора. Режиму насыщения соот­ветствует точка В на статических свойствах.

Режим насыщения кремниевого транзистора определяется условием uкб = -Uотп Электронные ключи - реферат При данных коллекторном и базисном токах комфортным для расчетов является аспект насыщен­ного состояния по току. Его можно установить, рассуждая так. Пропорциональная зависимость меж токами Iб и Iк , справедливая для активного режима, сохраняется прямо до отпирания коллекторного перехода. Как следует, на границе активного режима и режима насыщения Электронные ключи - реферат также имеет место соотношение где Iб гр - базо­вый ток, при котором транзистор заходит в режим насыщения. Как было отмечено, предстоящее повышение базисного тока не приводит к росту коллекторного тока. Таким макаром, аспект насыщенного состояния транзистора можно записать в виде

(7.1)

Если в соотношение (7.1) подставить выражения для токов получим:

В реальных критериях Электронные ключи - реферат работы транзисторного ключа напря­жения источников питания могут изменяться, имеет место также разброс сопротивлений резисторов и коэффициента передачи тока h21 э . Это может привести к невыполнению неравенства (7.1), выходу транзистора из режима насыщения и соответственно к изменению коллекторного тока и выходного напряжения. Для обеспечения устойчивого режима работы транзисторного ключа характеристики Электронные ключи - реферат его рассчитывают таким макаром, чтоб неравенство (7.1) производилось при конфигурациях в неких границах вхо­дящих в него величин.

Помехоустойчивость транзисторного ключа тем больше, чем выше коэффициент насыщения:

Хотя для увеличения помехоустойчивости лучше наращивать коэффициент насыщения, но сле­дует держать в голове, что при всем этом вырастает время переключения транзис­торного Электронные ключи - реферат ключа.

3. ВКЛЮЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

Транзистор перебегает из режима отсечки в режим насыщения и назад не одномоментно, а в течение определенного времени. Эта инерционность биполярного транзистора обоснована 2-мя ос­новными факторами: скоплением заряда неосновных носителей в базе и емкостями коллекторного Ск и эмиттерного Сэ перехо­дов. Не считая того, на продолжительность Электронные ключи - реферат переходных процессов тран­зисторного ключа влияет емкость нагрузки Сн .

Расчет продолжительности переходных процессов в транзисторном ключе проводится способом заряда, базирующимся на том факте, что в базе большой заряд неосновных носителей скомпенсиро­ван, т. е. база электрически нейтральна.

Способ заряда. Потому что в базе (p-область) неосновными но­сителями являются электроны, то Электронные ключи - реферат при uбэ > Uотп ток базы iб (t) определяет скорость скопления электронов dq/dt в ней (q — заряд неосновных носителей) и компенсирует их убывание q/t в итоге рекомбинации (t — время жизни неосновных носителей в базе). Не считая того, ток базы идет на перезарядку ем­костей' Ск и Сэ при Электронные ключи - реферат изменении напряжения на переходах. Следо­вательно,

(7.2)

Если емкостные токи коллекторного и эмиттерного переходов невелики, то уравнение (7.2) упрощается:

dq/dt + q/t = iб (t) (7.3)

В стационарном состоянии, когда dq/dt = 0,

q = tIб , (7.4)

т. е. лишний заряд неосновных носителей в базе пропорцио­нален базисному току. Это соотношение справедливо не только лишь Электронные ключи - реферат в активном режиме, да и в режиме насыщения транзистора.

При помощи уравнений (7.2) либо (7.3) можно найти объем­ный заряд неосновных носителей в базе в функции времени. Од­нако при расчете импульсных схем на транзисторах основной ин­терес представляет определение закона конфигурации коллекторно­го тока.

В активном режиме работы Электронные ключи - реферат транзистора при условии, что рас­пределение концентрации неосновных носителей заряда в базе является линейным, имеет место соотношение, которое с извест­ным приближением дает связь меж зарядом неосновных носителей в базе и коллекторным током транзистора:

(7.5)

Это соотношение в стационарном режиме справедливо с высочайшей точностью. Но в переходном режиме, продолжительность Электронные ключи - реферат которо­го соизмерима с временем распространения носителей повдоль базы, линейный нрав рассредотачивания неосновных носителей в базе нарушается.

Решая уравнения (7.2) либо (7.3) и используя соотношение (7.5), можно найти закон конфигурации коллекторного тока при данном базисном токе. Преобразуем по Лапласу уравнение (7.3), так как это упрощает функцию решения при разных исходных критериях:

(7.6)

где q(0) — изначальное значение заряда Электронные ключи - реферат неосновных носителей в базе; р — оператор Лапласа.

Задержка включения. Разглядим процесс включения тран­зисторного ключа при условии, что в момент времени /о на его входе напряжение скачком меняется от Uб - до Uб + (рис. 7.5). В базисной цепи устанавливается ток . Хотя управляющее напряжение меняется скачком, разность потенциалов меж базой Электронные ключи - реферат и эмиттером из-за наличия до этого все­го емкостей Сэ и Ск наращивается до значения Uотп при котором транзистор раскрывается, но не сходу, а в течение определенного времени. Таким макаром, импульс коллекторного тока начина­ется в момент времени, т. е. с некой задержкой относи­тельно момента подачи отпирающего Электронные ключи - реферат напряжения Интервал времени tзд = t1 – t0 определяет продолжительность стадии задерж­ки - время, в течение которого происходит перезарядка ем­костей Сэ и Ск . Потому что в это время через транзистор протекают емкостные токи, то эквивалентная схема транзисторного ключа

Рис. 7 5. Переходные процессы в ключе ОЭ

Рис. 7.6. Эквивалент­ная схема ключа

на шаге задержки Электронные ключи - реферат включает наружные резисторы и емкости пере­ходов (рис. 7.6).

В транзисторном ключе обычно Rб > Rк потому, пренебре­гая Rк получим цепь первого порядка, переходной процесс в какой определяется соотношением

где . Когда ем­кость нагрузки транзисторного ключа Сн соизмерима либо боль­ше суммарной емкости переходов, . После подстановки получим

Стадия задержки завершается, когда потому

Формирование фронта. Когда Электронные ключи - реферат в момент времени t1 эмиттерный переход раскрывается, начинается процесс нарастания коллек­торного тока, сопровождающийся понижением коллекторного на­пряжения. Коллекторный ток возрастает до момента време­ни t2 , когда транзистор заходит в режим насыщения. В интервале времени t1 …t2 . происходит формирование фронта импульса тока. Продолжительность фронта tф =t1 + t2 можно Электронные ключи - реферат найти из уравне­ния (7.6). Потому что исходный большой заряд q(0) = 0, а

(7.9)

Подставив выражение (7.9) в (7.5), получим:

(7.10)

Таким макаром, и большой заряд неосновных носителей в базе, и коллекторный ток во время формирования фронта из­меняются по экспоненциальному закону. Когда iк (t2 ) = Iк изаряд неосновных носителей в базе добивается значения q(t2 ) = tIк нас Электронные ключи - реферат /h21 э , формирование фронта завершается. Восполь­зовавшись соотношением (7.9), получим формулу для расчета продолжительности фронта

(7.11)

Из приобретенного соотношения следует, что повышение базисного тока включения приводит к уменьшению продолжительности фронта импульса коллекторного тока. Если при формировании фронта емкостный ток соизмерим с коллекторным током транзистора, то для расчета tф в формуле (7.11) нужно поменять t Электронные ключи - реферат на tэкв из (7.8).

После того как транзистор войдет в режим насыщения, ток iк и напряжение uкэ перестают изменяться, но процесс накопле­ния заряда длится по экспоненциальному закону в соот­ветствии с выражением (7.9), но неизменная времени тут другая: tнас = (0,8. . .0,9)t.

Так как процесс скопления носит экспоненциальный ха­рактер, то время Электронные ключи - реферат, в течение которого заряд неосновных носителей добивается стационарного значения, можно вычислить по форму­ле tнас = (0,8. . .0,9)tнас .

На этом процесс включения транзисторного ключа заканчи­вается.

4. ВЫКЛЮЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

Когда в момент времени t3 происходит переключение входного напряжения с Uб + на Uб - (см. рис. 7.3), начинается процесс вы­ключения транзисторного ключа. При переключении Электронные ключи - реферат входного напряжения ток базы меняет направление и становится равным

Стадия рассасывания. В итоге конфигурации направления базисного тока начинается процесс рассасывания неосновных носителей. Невзирая на уменьшение заряда, транзистор некото­рое время находится в режиме насыщения и коллекторный ток остается равным Iк нас В момент времени t4 (см. рис Электронные ключи - реферат. 7.5) кон­центрация неосновных носителей около коллекторного перехода миниатюризируется до нуля и на коллекторном переходе восстанавли­вается оборотное напряжение.

Таким макаром, интервал времени tрас = t4 – t3 определяет за­держку среза импульса коллекторного тока. Время tрас , кото­рое именуется временем рассасывания, можно найти из уравнения (7.6), положив

Переходя от изображения к оригиналу, получим

Шаг Электронные ключи - реферат рассасывания завершается, когда транзистор заходит в активный режим, и если положить, что в момент времени t4 большой заряд q(t4 ) = tнас Iк нас /h21э , то получим

(7.12)

Время от времени зарядом q(t4 ) третируют, и формула для расчета вре­мени рассасывания воспринимает вид

Стадия формирования спада. В предстоящем начинается Электронные ключи - реферат умень­шение базисного и коллекторного токов, что сопровождается уве­личением напряжения uкэ и формируется спад верхушки импульса коллекторного тока. Процессы, протекающие в транзисторном ключе в этой стадии, достаточно сложны, и количественная оцен­ка продолжительности спада находится в зависимости от того, какие причины пре­валируют. Принимая во внимание, что в момент окон Электронные ключи - реферат­чания стадии спада q(t5 ) = 0, получаем

(7.13)

Данная формула получена при достаточно грубом приближе­нии, так как в реальности ток базы не остается пос­тоянным и нельзя третировать токами зарядки и емкости нагрузки транзисторного ключа. Когда определяющим явля­ется процесс зарядки этих емкостей, то продолжительность спада рас­считывается по формуле

5. Перечень Электронные ключи - реферат ЛИТЕРАТУРЫ

1. Быстров Ю. А. Мироненко И. Г. “Электрические цепи и устойства”

2. Манаев Е. И. “Базы радиоэлектроники”

3. Степаненко И. П. “Базы микроэлектроники”

4. Пасынков В. В. “Полупроводниковые приборы”



elektromagnitnie-polya-i-izlucheniya.html
elektromagnitnie-sistemi.html
elektromagnitnie-ustrojstva-i-elektricheskie-mashini.html