ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Исследование транзисторного ключа

Цель работы: исследовать свойства транзисторного насыщенного ключа.

Необходимое оборудование: персональная ЭВМ с установленным программным пакетом SwCAD.

Порядок выполнения: включить персональную ЭВМ, запустить на выполнение программный пакет SwCAD и далее следовать порядку работы в пакете.

Оформление отчета. По каждой лабораторной работе каждым студентом должен быть представлен отчет в виде печатного или рукописного документа. В отчете приводится наименование и номер лабораторной работы, цель работы программа работы с указанием всех необходимых экспериментов, полученных результатов их объяснения и выводов.

Программа работы.

1. На рабочем столе собрать электрическую схему транзисторного ключа на биполярном транзисторе.

2. Задать значения параметров источника напряжения.

3. Выполнить настройку измерительной аппаратуры.

4. Провести эксперименты и описать их.

5. Используя возможности пакета получить твердые копии графиков экспериментов, сделать выводы.

Оформить отчет.

Рис. 6.1.

Схема эксперимента приведена на рис. 6.1.

Данная схема позволяет провести с ключом самые разнообразные эксперименты, так можно получить графики изменения входного напряжения и тока во времени. Так же можно получить зависимости выходного напряжения и тока во времени. Изменяя величины сопротивлений в цепях базы и коллектора можно снять все зависимости при различных коэффициентах насыщения.

При выполнении работы каждый студент должен провести эксперименты с транзисторами двух типов. Причем эксперименты должны быть проведены в двух режимах:

· с коэффициентом насыщения близком к единице,

· с коэффициентом насыщения 10 ÷1000.

Также необходимо провести эксперимент с одной из схем с применением схемотехнических мероприятий по повышению быстродействия (либо установка форсирующего конденсатора, либо установка диода Шоттки)

Основная цель исследований насыщенного транзисторного ключа состоит в определении его быстродействия при сохранении выходных напряжений на уровнях потенциального кодирования ТТЛ.

Так как управляющим сигналом является входное напряжение и выходным сигналом является напряжение на коллекторе, то для определения быстродействия нужно иметь графики зависимости входного и выходного напряжений во времени. Учитывая малое время переключения транзистора входной сигнал нужно задавать с частотой 2÷10 МГц. Рассмотрим как можно определить быстродействие ключа на основе полученных в эксперименте диаграмм. На рис 6.2 приведены диаграммы входного и выходного напряжении транзисторного ключа.

Обработка диаграммы выполнена в программе Paint. Время задержки включения ─ 20 нс, время задержки выключения ─ 90 нс, время рассасывания избыточного заряда в базе ─ 6нс. Время равное разности (tзд выкл – tрас) ─ время рассасывания заряда неосновных носителей в базе.

В заключение анализа можно сказать, что транзисторный ключ с заданными параметрами обладает низким быстродействием (хотя коэффициент насыщения незначительно превышает единицу). В основном низкое быстродействие объясняется плохими частотными характеристиками транзистора 2N3904.

С целью улучшения характеристик ключа параллельно резистору базы включим форсирующий конденсатор величиной 100 пф и выполним анализ полученных графиков.

Анализ полученного графика позволяет сделать вывод о улучшении характеристик ключа после установки форсирующей емкости. Так, время задержки включения ─ 0,75 нс, время задержки выключения ─ 70 нс. Если включение существенно улучшилось, то время выключения изменилось не существенно. Следовательно, существенного улучшения характеристик можно достигнуть только установкой более быстродействующего транзистора.

Пояснения к работе

В момент времени t = 200 нс на вход подано напряжение величиной 2В, и в этот момент начинается процесс открывания ключа. Этот процесс состоит в том, что в базу втекает ток определяемый величиной входного напряжения и в базе начинается накопление заряда неосновных носителей. Проявлением накопления заряда является изменении тока коллектора. Изменение тока коллектора заканчивается тогда, когда:

· либо заканчивается накопление заряда в базе,

· либо величина тока начинает определяться не зарядом в базе, а величиной сопротивления в цепи коллектора.

В первом случае речь идет об активном линейном режиме, и величина выходного напряжения может быть достаточно большой. Если же величина напряжения мала, сравнима с напряжением насыщения, то говорят о насыщении близком к единице, как получилось у нас.

Во втором случае процесс заканчивается насыщением транзисторного ключа, при этом обязательно напряжение на коллекторе имеет малую величину, не более Uнас транзистора, а в базе накапливается избыточный заряд неосновных носителей, что приводит к снижению быстродействия при выключении ключа.

В момент t = 100 нс входное напряжение становиться равным нулю, что соответствует началу процесса закрывания ключа. Этот процесс состоит в том, что в базе начинается рассасывание заряда неосновных носителей. Если избыточный заряд равен нулю, то уменьшение заряда сразу же приводит к изменению коллекторного тока. Если же избыточный заряд имеется, то сначала рассасывается он и коллекторный ток не меняется (не меняется и напряжение на коллекторе). Когда избыточный заряд рассосется, начнется изменение коллекторного тока и напряжения. Это мы видим на диаграмме рис. . Изменение коллекторного напряжения начинается только через 6 нс. Следовательно время рассасывания избыточного заряда равно 6 нс, и это является задержкой выключения ключа. Если бы избыточный заряд отсутствовал, то задержка выключения ключа была бы равна нулю.

Контрольные вопросы

1. Каковы функции транзисторного ключа?

2. Что такое ─ коэффициент насыщения?

3. Что такое ─ избыточный заряд?

4. Как влияет форсирующий конденсатор на работу транзисторного ключа?

5. Как влияет диод Шоттки на работу транзисторного ключа?

«____» __________ 2013 г.

Доцент кафедры ИБТКСиИ

к.т.н. Добровольский С.А.