Транзисторный ограничитель. 
Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 1

Для ликвидации общих недостатков диодных ограничителей разработаны транзисторные усилителиограничители, у которых существенно более низкие входные сигналы (сотни милливольт), относительно высокое входное и низкое выходное сопротивления и лучшая форма (коэффициент прямоугольности) выходного напряжения.

Схема усилителя-ограничителя мало отличается от усилителя, выполненного по схеме с общим эмиттером (рис. 10.33). Однако в зависимости от положения точки покоя на выходных характеристиках и величины входного сигнала усилитель может ограничивать усиленный входной сигнал.

Транзисторный ключ.

Широкое применение в импульсных устройствах нашли транзисторные ключи.

В ключевых схемах транзистор находится в двух граничных состояниях: закрытом и открытом. В закрытом состоянии транзистор находится в режиме отсечки, а в открытом он может находиться и в активном режиме, и в режиме насыщения.

На рис. 10.111, а приведена схема транзисторного ключа на биполярном транзисторе.

Схема представляет собой транзисторный каскад с ОЭ, работающий в ключевом режиме D.

Начальное состояние ключа (при и_вх = 0) определяется сопротивлением резистора R2 и напряжениемЕ_см, которые подбирают таким образом, чтобы транзистор VT был надежно заперт и находился в режиме отсечки, т. е. начальное состояние рассматриваемой схемы соответствует разомкнутому положению ьслюча (точка О_г на рис. 10.111, б).

В режиме отсечки оба р-п-перехода VT смещены в обратном направлении, через нагрузку проходит минимальный ток I_Kmin, равный обратному току коллекторного перехода. При использовании кремниевых транзисторов этот ток настолько мал, что в данном случае можно считать сопротивление транзистора близким к бесконечности.

Рис. 10.111. Транзисторный ключ на биполярном транзисторе:

а — схема; б — выходные характеристики Когда на вход подается положительный импульс тока достаточно большой амплитуды, транзистор VT переходит в режим насыщения (точка О₂ на рис. 10.111, б). Ключ замыкается.

В режиме насыщения через нагрузку проходит максимальный ток коллектора 1^^ = 1кнасЭто объясняется тем, что сопротивление транзистора VT оказывается очень малым, так как оно складывается только из сопротивлений двух р-п-переходов, смещенных в прямом направлении. В данном случае режим насыщения VT наступает при /_Б = /_Б5, а рабочей точкой транзистора будет точка 0₂. При дальнейшем увеличении тока базы /_Б >^Б5 ток коллектора и положение рабочей точки 0₂ не изменятся, возрастет лишь число неосновных носителей зарядов (электронов), вводимых через эмиттерный переход в базу, т. е. коэффициент насыщения транзистора. В режиме насыщения ток через транзистор ограничен только сопротивлением нагрузки R_K:

Следовательно, в разомкнутом состоянии ток через транзистор l_Kmin близок к нулю, а в замкнутом состоянии падение напряжения и_КЭт[п в насыщенном ключе также близко к нулю, т. е. по этим двум параметрам насыщенные транзисторные ключи близки к идеальным.

Как в режиме отсечки, так и в режиме насыщения мощность Р_к = = U_K3I_K, рассеиваемая на транзисторе, мала из-за небольших величин l_Kmin ^в первом случае и t/_K3min во втором.

При работе транзисторного ключа переключение из открытого состояния в закрытое, т. е. работа его в линейном (активном) режиме, происходит скачком, при этом потери мощности, как правило, незначительны.

Скорость перехода ключа из одного состояния в другое связана и с транзистором, и со схемой. Инерционность реального транзистора зависит от времени переноса носителей в его базе и от емкостей р-п- переходов. Инерционность схемы определяется ее паразитными емкостями. Для увеличения быстродействия транзисторных ключей необходимо использовать специальные биполярные или полевые транзисторы.

Таким образом, работа транзистора в ключевом режиме характеризуется малыми потерями мощности и высоким КПД, что является важным преимуществом над аналоговыми устройствами. Транзисторные ключи нашли широкое применение в различных импульсных схемах, а также составляют основу элементов цифровой логики и других цифровых устройств.