. 1 Електронний ключ на біполярному транзисторі
Основним елементом обчислювальних машин є електронний ключ, що має два стійких стани: включений - Laquo; вимкнений raquo ;; або високий рівень - Laquo; низький рівень raquo ;. Домовимося називати низький рівень - Логічним нулем, а високий рівень - Логічною одиницею.
Електронний ключ може бути реалізований на активних елементах: біполярних або польових транзисторах, на тунельних діодах, на тиристорах та ін.
У інтегральної схемотехніці найбільш широко використовується електронний ключ на біполярному транзисторі (рис. 2.1).
Рис. 2.1 - Насичений електронний ключ
Вхідний імпульс напруги Uвх позитивної полярності подається на базу транзистора VT через струмообмежуючі резистор Rб. Вихідна напруга у вигляді негативного імпульсу U вих знімається з колекторної навантаження Rк. Міжелектродні місткості транзистора показані у вигляді конденсаторів СБЕ, СБК, СКЕ. Ємність навантаження, а також паразитная ємність монтажу об'єднані в конденсаторі Сн.
Транзисторний ключ (рис. 2.1) може перебувати в одному з трьох режимах: режим відсічення, активний режим, режим насичення. У режимі відсічення обидва переходу транзистора (база-емітер і базаколлектор) знаходяться в закритому (неструмопровідними) стані. В активному режимі перехід база-емітер відкритий, а перехід база-колектор - закритий. У режимі насичення - обидва переходу відкриті.
Дуже рідко в деяких схемах використовується інверсний режим, при якому перехід база-емітер закритий, а перехід база-колектор відкритий.
Рис. 2.2 - Вхідна Вольт-амперна характеристика транзистора
На вхідних Вольт-амперна характеристика (ВАХ) кремнієвого біполярного транзистора (рис. 2.2) виділимо три області:
лівіше точки А - область відсічення; через перехід база-емітер протікає дуже маленький (частки мікроампер) теплової струм не основних носіїв I;
нелінійний ділянку між точками А і В - квадратичний ділянку (в деяких книгах він називається - експонентний ділянка);
щодо лінійна ділянка вище точки В, на якому струм бази різко зростає при збільшенні напруги Uбе.
На вихідний Вольт-амперна характеристика (ВАХ) (рис.2.3) виділимо робочу область, обмежену зверху максимальним струмом колектора (Ік макс), праворуч обмежену максимально допустимою напругою колектор-емітер (Uке макс), а також обмежену гіперболою максимально допустимої потужності розсіювання (Рк макс).
Рис. 2.3 - Вихідна Вольт-амперна характеристика транзистора
У межах робочої області будуємо навантажувальну пряму, що проходить через дві точки: (рис. 2.3).
на горизонтальній осі через точку Uке=Ек;
на вертикальній осі через точку Ік=Ек/Rк.
На цій прямій виділимо точку режиму відсічення Про і точку режиму насичення Н .
. (2.1)
Відрізок навантажувальної прямої між точками Про і Н відповідає активному режиму роботи транзистора.
На вхідних Вольт-амперна характеристика (рис. 2.2) режиму насичення відповідає ділянку вище точки Н raquo ;. У цій точці струм бази дорівнює:
де: h21 - коефіцієнт підсилення транзистора по струму
Між точками А і Н (на рис. 2.2) знаходиться ділянка активного режиму роботи транзистора.
Розглянемо роботу електронного ключа з режиму відсічення (до моменту часу t0 на рис. 2.4).
Рис. 2.4.1
Рис. 2.4.2
Рис. 2.4.3
Рис. 2.4.4
Рис. 2.4.5
На вході схеми напруга дорівнює нулю (рис. 2.4.1). На переході база-емітер напруга також дорівнює нулю (див. Рис. 2.4.2);
Струм бази Iб (рис. 2.4.3) і струм колектора Ік (рис. 2.4.4) близькі до нуля (якщо не вважати початковий струм I).
У момент t0 з'явилося вхідна напруга (рис. 2.4.1). Однак, напруга на переході база-емітер (рис. 2.4.2) буде плавно наростати до моменту часу t1 по експоненті за рахунок заряду конденсаторів СБЕ і СБК через резистор Rб.
У момент часу t1 напруга на переході база-емітер досягло 0,5 Вольт (рис. 2.4.2). При подальшому збільшенні напруги база-емітер до величини приблизно 0,7 В (рис. 2.4.2) з'являється струм бази (рис. 2.4.3) і струм колектора (рис. 2.4.4). Від моменту часу t1 до t2 транзистор працює в активному режимі. Конденсатор СБК включений в ланцюг негативного зворотного зв'язку (див. Рис....
