49. Ключ на биполярном транзисторе.

Биполярный транзистор имеет три слоя из полупроводников с различными типами проводимостей (pиn). В зависимости от порядка чередования слоев в транзисторе различают транзисторы p-n-p и n-p-n.

Выводы от крайних слоев называются эмиттер и коллектор, а вывод из среднего слоя – базой. Их обозначения приведены на рисунке 15.

Рис. 15 – Обозначение биполярных транзисторов на принципиальных схемах

Эмиттер является источником носителей тока, база управляет их потоком, а коллектор выполняет функции собирающего электрода. Ток коллектора больше тока управления, который протекает по базовой цепи. С этой точки зрения можно считать, что транзистор усиливает управляющий канал по току, и этот коэффициент усиления обозначается β=.

В схемах различных устройств транзистор включается таким образом, что один из его электродов является общим для входной и выходной цепей, другой соединен со входом устройства, третий - с его выходом. Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером, которая выглядит, как показано на рисунке 16.

Рисунок 16 – включение транзистора по схеме с общим эмиттером

Если входное напряжение равно нулю или отрицательно, то переход эмиттер-база транзистора заперт. При этом практически нулевыми будут базовые и коллекторные токи, а выходное напряжении окажется равным напряжению источника питания +Е.в данной ситуации оба перехода транзистора: база-эмиттер и база-коллектор заперты, и такой режим работы называетсярежимом отсечки. При увеличении входного напряжения по базовой цепи начинает протекать ток, а по коллекторной –I_k=βI_Б. Подпонимаем напряжение, при котором открывается переход эмиттер-база. Для кремневых транзисторов это напряжения составляет порядка 0,7-0,8В.

При наличии коллекторного тока напряжение на выходе схемы определяется соотношением:

,

Используя которое, можно рассчитать и построить график зависимости выходного напряжения такого ключа от входного. Из формулы следует что выходное напряжении станет равным нулю при =E. Отсюда можно определить уровень входного сигнала, при котором транзистор окажется полностью открытым и по его коллекторной цепи потечет ток. в реальных схемах между коллектором и эмиттером открытого транзистора всегда имеется некоторое остаточное напряжение итог будет равен.

При дальнейшем увеличении входного сигнала ток базы возрастает, но коллекторный останется практически неизменным, так как он ограничен величиной напряжения питания и сопротивления резистора в коллекторной цепи. В данной ситуации ток, протекающий по базовой цепи, может быть выбран больше, чем требуется для полного открывания транзистора. При этом оба перехода база-эмиттер и база-коллектор окажутся смещенными в прямом направлении, что соответствует состоянию насыщения транзистора, при котором падение напряжения между коллектором и эмиттером составят 0,1-0,3В.

Транзисторный ключ является основой любого логического элемента и представляет собой усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Его упрощенная схема имеет вид, представленный на рисунке 17.

Рис. 17 – Принципиальная схема транзисторного ключа