КОНТРОЛЬНАЯРАБОТА
По дисциплине«Общая Электротехника и электроника»
На тему:«Электронный транзисторный ключ на полевом транзисторе»
Содержание
1. Общие сведения об электронныхключах
2. Схемы электронных ключей наполевых транзисторах
3. Принцип действия электронныхключей
4. Применение электронных ключей
4. Литература
1. Общие сведения об электронныхключах
Ключ –элемент, который под воздействием управляющего сигнала производит различныекоммутации (источников питания, активных элементов и т.д.). Электронный ключявляется основой для построения более сложных цифровых устройств. При включенииактивного элемента с общим эмиттером (истоком) ключ выполняет логическуюоперацию НЕ, т.е. инвертирует входной сигнал.
Ключимеет два состояния: замкнутое и разомкнутое
/>
/>/>.
Рис. 4
Для реализации ключейиспользуют диоды, биполярные и полевые транзисторы.
Время переключения ключейна биполярных транзисторах определяется барьерными емкостями p-n-переходов идействиями скопления и рассасывания неосновных носителей заряда в базе. Дляповышения быстродействия и входного сопротивления используют ключи на полевыхтранзисторах.
2. Схемыэлектронных ключей на полевых транзисторах
Транзисторный ключявляется основным элементом устройств цифровой электроники. Основныеособенности транзисторного ключа является обязательным условием пониманияпринципов работы цифровых устройств.
Схемы ключей на полевыхтранзисторах с управляющим p-n-переходом и с индуцированным каналом с общимистоком и общим стоком показаны на рисунке:
/>/>
Рис. 5
Для любого ключа наполевом транзисторе Rн > 10-100 кОм.
Управляющий сигнал Uвх назатворе порядка 10-15 В. Сопротивление полевого транзистора в закрытомсостоянии велико, порядка 108-109 Ом.
Сопротивление полевоготранзистора в открытом состоянии может составлять 7-30 Ом. Сопротивлениеполевого транзистора по цепи управления может составлять 108-109 Ом. (схемы«а» и «б») и 1012-1014 Ом (схемы «в» и«г»).
1 поколение – с линейнойнагрузкой/>.
2 поколение – снелинейной нагрузкой. В качестве нагрузки (вместо />) ставили второй полевойтранзистор одинакового типа проводимости.
/>
Рис. 6 Транзисторный ключна полевом транзисторе с линейной нагрузкой.
3. Принципдействия электронных ключей
Электронные ключиоснованы на работе биполярных транзисторов. Когда на базе транзистора «0»относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, наколлекторе всё напряжение питания(сигнал высокого уровня — «1»). Когда на базе транзистора «1», он «открыт», возникает токколлектор — эмиттер и падение напряжения насопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение навыходе, уменьшается до низкого уровня «0».
В статическом режиме ключнаходится в состоянии «включено» (ключ замкнут), либо в состоянии «выключено»(ключ разомкнут). Переключение ключа из одного состояния в другое происходит подвоздействием входных управляющих сигналов: импульсов или уровней напряжения.Простейшие ключевые схемы имеют один управляющий вход и один выход.
Основу ключасоставляет транзистор в дискретном или интегральном исполнении.
В зависимости отсостояния ключ шунтирует внешнюю нагрузку большим или малым выходнымсопротивлением. В этом и заключается коммутация цепи, производимая транзисторным ключом.
Основнымипараметрами ключа являются :
•быстродействие, определяемое максимально возможным числом переключений всекунду; для интегральных ключевых схем оно составляет миллионы коммутаций ;
• длительностьфронтов выходных сигналов ;
• внутренниесопротивления в открытом и закрытом состоянии ;
• потребляемаямощность ;
•помехоустойчивость, равная уровню помехи на входе, вызывающей ложноепереключение ;
• стабильностьпороговых уровней, при которых происходит переключение ;
• надежностьработы в реальных условиях старения радиодеталей, изменения источников питанияи т.д.
4. Применение электронных ключей
Электронный ключ служитдля переключения непрерывно изменяющихся электрических сигналов. Если ключнаходится в состоянии «включено», его выходное напряжение должно повозможности точно равняться входному; если же ключ находится в состоянии«выключено», выходное напряжение должно быть как можно ближе к нулюили, во всяком случае, должно как можно меньше зависеть от входного.
Электронные ключиоснованы на работе биполярных транзисторов. Когда на базе транзистора «0»относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, на коллекторевсё напряжение питания (сигнал высокого уровня — «1»). Когда на базетранзистора «1», он «открыт», возникает ток коллектор — эмиттер и падениенапряжения на сопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним инапряжение на выходе, уменьшается до низкого уровня «0».
Также возможноиспользование полевых транзисторов. Принцип их работы схож с принципом работыэлектронных ключей на биполярных транзисторах. Цифровые ключи на полевыхтранзисторах потребляют меньший ток управления, обеспечивают гальваническуюразвязку входных и выходных цепей, однако быстродействие их ниже по сравнению сбиполярными.
Литература
1. Горбачев Н.Г. Промышленнаяэлектроника М. 2001
2. Кудрявцев И.А.Фалкин В.Д. Электронные ключи учебное пособие Самара 2002
3. Семенов Б.Ю.Силовая электроника для любителей и профессионалов — М.: СОЛОН-Р, 2001. — 327с.
4. Опадчий Ю.Ф.,Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника — М.: Горячая линия- Телеком, 2000. — 768 с.
5. www.wikipedia.org
6. Учебно-методическийкомплекс, раздел «Электроника» 117-118 с.