Диодные ключи

 Простейший тип электронных ключей диодные ключи. В качестве активных элементов в них используют полупроводниковые или электровакуумные диоды.

На рисунке 17.4а и передаточная характеристика (рис. 17.4б) последовательного ключа с нулевым уровнем включения, а на рисунке 16.4 в дана схема и передаточные характеристики (рис. 17.4 г) последовательного диодного ключа с ненулевым уровнем включения.

Нулевой уровень включения это уровень входного напряжения, определяющий отпирание или запирание диода.

 

 Рис. 17.4

При положительном входом напряжении диод открыт и ток через него

 i = uвх/(Rпр + R), (17.1)

где Rпр прямое сопротивление диода.

 Выходное напряжение:

 Uвых = Ri = R (17.2)

 Обычно Rпр<<R, тогда uвыхuвх. При отрицательном входном напряжении обратный ток через диод:

 I = uвх/Rобр + R, (17.3)

где Rобр обратное сопротивление диода.

 При этом выходное напряжение

 Uвых = Ri = Ruвх/ Rобр + R. (17.4)

 Как правило Rобр>>R и UвыхRuвх/ Rобр << uвх. При изменении полярности включения диода график функции Uвых = f(uвх) повернется на угол   вокруг начала координат.

 Схема 17.4а соответствует нулевой уровень включения  (уровень входного напряжения, определяющий отпирание или запирание диода). Для изменения уровня включения в цепь ключа вводят источник напряжения смещения   (рис. 17.4 в). В этом случае при Uвых >  диод открыт и Uвых  uвх, а при uвх <  закрыт и Uвых =   . Если изменить полярность источника , то график функции Uвых(uвх) приобретает вид, показанный на рисунке 17.4г пунктирной линией.

 В качестве источника  часто используют резистивный делитель напряжения, подключенный к общему для электронного устройства источнику питания. Применяя переменный резистор как регулируемый делитель напряжения, можно изменить уровень включения.

  При положительном входном напряжении диод открыт (ключ замкнут), Uвых   0, а при отрицательном закрыт (ключ разомкнут), Uвых   uвх. Для изменения уровня включения в цепь ключа вводят источник напряжения смещения  , включенный последовательно с диодом (рис. 17.5 а).

 Рис. 17.5

При изменении полярности включения диода и источника  получают характеристику, показанную на рисунке 17.5б, схема и передаточная характеристика параллельного диодного ключа с нулевым уровнем включения.

 Диодные ключи не позволяют электрически разделить управляющую и управляемую цепи, что часто требуется на практике. В этих случаях используют транзисторные ключи. На рисунке 17.6 а приведена схема ключа на биполярном транзисторе. Входная (управляющая) цепь здесь отделена от выходной (управляемой) цепи. Ключ мало отличается от усилителя, выполненного по схеме с общим эмиттером. Однако транзистор работает в ключевом режиме, характеризуемом двумя состояниями. Первое состояние определяется точкой А1 на выходных характеристиках транзистора; его называют режимом отсечки.

 

 Рис. 17.6

В режиме отсечки ток базы , коллекторный ток  равен начальному коллекторному току, а коллекторное напряжение  (рис. 17.6б). Режим отсечки реализуется при отрицательных потенциалах базы.

Второе состояние определяется точкой А2 и называется режимом насыщения .он реализуется при положительных потенциалах базы. При этом ток базы определяется в основном сопротивлением резистора  и , поскольку сопротивление открытого эмиттера перехода мало. Коллекторный переход также открыт, и ток коллектора , а коллекторное напряжение .

Из режима отсечки в режим насыщения транзистор переводится воздействием положительного  входного напряжения. При этом повышению входного напряжения (потенциала базы) соответствует понижение выходного напряжения (потенциала коллектора), и наоборот. Такой ключ называют инвертирующим (инвертором). В рассмотренном транзисторном ключе уровни выходного напряжения, соответствующие режимам отсечки и насыщения, стабильны и почти не зависят от температуры.