Ось напряжений для входного и выходного сигналов общая и непрерывная

Масштабная сетка по напряжению выбирается таким образом, чтобы изображение входного сигнала занимало не менее 3 и не более 6 масштабных делений с коэффициентами пропорциональности 1; 2; 2,5; 3; 5. Границы для входного напряжения соответствуют +U_m и –U_m относительно временной оси.

Масштабная сетка для выходного сигнала выбирается таким образом, чтобы напряжение источника питания занимало не менее 3 и не более 6 масштабных делений. Границы для выходного сигнала от 0 до +Е для транзисторов npn, а для транзисторов pnp – от 0 до –Е.

По оси времени зарисовать входной сигнал симметричной треугольной формы. В рассматриваемом отрезке времени два периода. Пунктиром отметить уровень ограничения, равный напряжению прямого падения напряжения база – эмиттер (U_б0). По этому уровню осуществляется срабатывание компаратора (ключа). Зарисовать выходной сигнал.

Компаратор – это устройство, которое имеет на выходе два устойчивых состояния, каждое из которых зависит от соотношения двух сигналов U1 и U2. Если напряжение U1 больше напряжения U2, то на выходе компаратора будет один фиксированный уровень, если меньше, то будет другой фиксированный уровень. Переключение компаратора из одного состояния в другое называют срабатыванием. Минимальное напряжение, при котором происходит срабатывание, определяет чувствительность компаратора. Разность напряжений на входе, при которых компаратор переходит из одного состояния в другое и обратно называют разрешающей способностью.

Простейший усилительный элемент на биполярном транзисторе может использоваться в качестве компаратора. Базоэмиттерная цепь – это цепь сравнения. Как следует из входной и выходной характеристик транзистора (рис.1), при напряжениях в базоэмиттерной цепи U_бэ< U_б0 транзистор находится в режиме отсечки. На коллекторе устанавливается напряжение практически равное напряжению источника питания U_вых = Е_к. Это одно устойчивое состояние. При входных напряжениях, превышающих U_бэ> U_бнас, транзистор переходит в режим насыщения, и напряжение на коллекторе устанавливается равным нулю U_вых = 0. Это второе устойчивое состояние. Чувствительность определяется прямым падением напряжения U_б0 – напряжение между базой и эмиттером, когда появляется ток базы и, следовательно, ток коллектора. Это справочный параметр. Если отсутствуют справочные данные, то используют параметр энергетического барьера, величина которого зависит от материала полупроводника: для германия U_б0=0,3В; для кремния U_б0=0,7В; для арсенид Галлия U_б0=0,8В. Разрешающая способность (U_р=U_бнас – U_б0) зависит от сопротивления в цепи коллектора, которое влияет на наклон нагрузочной характеристики (рис.1б). Чем больше сопротивление, тем меньше разрешающая способность. Однако при этом будет значительно больше задержка формирования перехода из режима насыщения. Это связано с тем, что в режиме больших сигналов за счёт инжекции в области базы накапливается большая концентрация носителей эмиттера, а цепь коллектора не может создать условия захвата такого количества носителей. Поэтому после установления тока базы, равного нулю, в цепи коллектора ещё будет протекать ток, под действием которого происходит задержка срабатывания из режима насыщения в режим отсечки. Этот процесс является следствием рассасыванием неосновных носителей в области базы, и зависит от коэффициента насыщения тока базы , где

входной ток базы,

ток базы в режиме нассыщения.

В режиме больших сигналов для устранения значительного нассыщения ток базы ограничивают с помощью сопротивления R1 с ускоряющим конденсатором С. В реальных схемах выбирают коэффициент нассыщения не более двух (К<2).

При быстром анализе в режиме больших входных сигналов принято считать, что срабатывание ключа осуществляется в точках, когда напряжение между базой и эмиттером будет равно прямому падению напряжения U_б0.

Спрвочные данные.

В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код,

Первый элемент обозначает исходный полупроводниковый материал.

Г или 1 — для германия и его соединений;

К или 2 — для кремния и его соединений;

А или 3 — для соединений галлия ( практически для арсенида галлия)

Второй элемент обозначения – буква, определяющая подкласс транзистора.

Т – для биполярных транзисторов и однопереходных транзисторов;

П – для полевых транзисторов.

Третий—цифра от 1 до 9, табл.1 допустимое значение рассеиваемой мощности и граничную либо максимальную рабочую частоту.

Таблица 1

Четвёртый элемент это число, обозначающее порядковый номер технологической разработки транзисторов.

Пятый элемент – буква, условно определяющая классификацию по параметрам транзисторов, изготовленных по единой технологии.

Примеры обозначений:

ГТ101А—германиевый, биполярный транзистор, маломощный, низкочастотный, номер разработки 1, группа А.

2Т399А—кремниевый биполярный транзистор маломощный СВЧ, номер разработки 99, группа А.

Цифробуквенное обозначение не указывает, какую проводимость имеет транзистор. Проводимость указывается в условных графических обозначениях

Биполярный транзистор типа p-n-p проводимости

Биполярный транзистор типа n-p-n проводимости

Согласно физическим свойствам p-n переходов, управляемая проводимость между электродами транзистора при возбуждении напряжениями будет в том случае, когда потенциалы между электродами распределятся так, как показано на рис. 6.

ЗАДАЧА 1.

Зарисовать диаграммы напряжений в едином масштабе времени на входе и выходе транзисторного ключа. Исходные данные: тип транзистора – КТ315В; U_mвх=4 В; U_б0=1,5 В; напряжения источника питания Е_к =10 В; исходный режим – отсечка; проводимость – npn.

Зарисовать схему рис.2. В соответствии со справочными данными указать стрелкой на эмиттере проводимость, и полярность источника питания.

КТ315В – кремниевый биполярный транзистор малой мощности, высокочастотный, пятнадцатой технологической разработки, группы В.

Выбираем масштабный коэффициент по напряжению для входного сигнала . Выбираем 14 масштабных делений в рассматриваемом отрезке времени. Зарисовываем входной сигнал – два периода симметричного треугольного сигнала. Пунктиром обозначаем уровень напряжения U_б0. Устанавливаем точки срабатывания компаратора в местах пересечения уровня U_б0 и входного сигнала.

Масштабный коэффициент для выходного сигнала от нуля до +10 В. Зарисовываем выходной сигнал.