Изучение ключевых схем на транзисторах

Цель работы:В программной среде EWB составить схемы ключей на бипо-

лярных транзисторах. Используя возможности среды, исследовать их

статические и динамические параметры.

Рабочее задание по маломощным ключевым схемам:

1. В рабочем окне среды собрать схему простого ключа на биполярном транзисторе типа 2N2218 из библиотеки Transistors (см. рис.1). В этой схеме транзисторVT работает в ключевом режиме – под действием импульсного управляющего сигнала переключается из режима отсечки в режим насыщения, коммутируя тем самым ток в выходной коллекторной цепи. В качестве источника входных управляющих сигналов использован библиотечный генератор прямоугольных импульсов ( Е_Б) со следующими установками – частота следования импульсов 50 кГц, скважность 50%, амплитуда 1В, сдвиг уровня 0.5В. С помощью двухлучевого осциллографа убедиться в работоспособности ключа и определить статические и динамические параметры. К статическим параметрам относятся высокие низкие уровни входного и выходного напряжений ключа U¹_вх, U⁰_вх, U¹_вых, U⁰_вых.

К динамическим – времена переключений ключа из замкнутого состояния в разомкнутое и обратно.

Рис.1 Простой ключ на биполярном транзисторе

На рис.2 приведены временные диаграммы входного и выходного напряжений ключа, полученные с помощью виртуального двухлучевого осциллографа. Видно, что в рассматриваемом случае U¹_вх=1,5 В; U⁰_вх= -0,5 В;

U¹_вых= 5 В; U⁰_вых= 40 мВ. Далее с помощью осциллографа определялись примерные временные интервалы процессов открывания и закрывания ключа для последующего точного временного анализа с использованием в главном меню пункта «Analysis» и подпункта «Transient». Как видно из рис.2 процесс открывания ключа, вызываемый положительным перепадом входного сигнала, можно подробно исследовать на временном интервале (19.9-20.7)мкс, а процесс закрывания ключа, вызываемый отрицательным перепадом входного сигнала, - на интервале (9.7-11.3)мкс. Подпункт «Transient» позволяет получить переходные процессы работы ключа на выбранных временных интервалах.

Рис.2 Временные диаграммы работы ключа

На рис.3 и рис.4 приведены результаты компьютерного анализа временных процессов открывания и закрывания ключа при различных значениях резистора R_Б.

Рис.3 Переходной процесс открывания ключа

Из рис.3 видно, что при максимальном значении R_Бвремя перехода транзисторного ключа из закрытого состояния (U¹_вых= 5 В) в открытое (U⁰_вых= 40 мВ) составляет примерно 500нс и уменьшается с уменьшением R_Б. Более точно измерить время открывания t^1,0 можно используя уровни (0.1 – 0.9) от логического перепада U_Л= (U¹_вых- U⁰_вых). Из рис.4 видно, что процесс закрывания транзистора состоит из двух стадий - задержки закрывания ( t_зд) и времени закрывания ( t ^0,1 ). При максимальном значении R_Бзадержка закрывания составляет примерно 500нс, а время закрывания – 200нс. С уменьшением R_Бзадержка закрывания растёт а время закрывания уменьшается.

Рис.4 Переходной процесс закрывания ключа

Используя в главном меню пункт «Analysis», подпункт «Transient», самостоятельно исследовать влияние сопротивления нагрузки R_ни ёмкости нагрузки С_нна параметры переходного процесса включения и выключения транзисторного ключа. Для чего сначала с помощью переключателя SW1 подключить к выходу ключа сопротивление нагрузки R_ни провести анализ при изменении R_нв диапазоне (0.5 - 2.5)кОм через 1кОм. Затем с помощью переключателя SW2 подключить к выходу ключа ёмкость нагрузки С_ни провести анализ при изменении С_нв диапазоне (500 – 1500)пФ через 500пФ.

2. В программной среде EWB собрать транзисторный ключ по схеме переключателя тока на двух транзисторах 2N2218 (см. рис.5). В качестве источника входных управляющих сигналов использовать библиотечный генератор прямоугольных импульсов со следующими установками – частота следования импульсов 100 кГц, скважность 50%, амплитуда 100мВ, сдвиг уровня 0. С помощью двухлучевого осциллографа убедиться в работоспособности переключателя тока, определить примерные временные интервалы процессов открывания и закрывания переключателя тока для последующего точного временного анализа.

Используя меню «Analysis» и подменю «Transient», получить переходные процессы открывания и закрывания переключателя тока. Измерить времена открывания и закрывания, а также низкие и высокие уровни входных и выходных сигналов переключателя тока.

Рис. 5 Ключ на основе переключателя тока

Контрольные вопросы:

1. Ключ на биполярном транзисторе.

2. Открытие ключа.

3. Закрытие ключа.

4. Логические функции.