Электронные ключи Особенности схемотехники РТЛ и ДТЛ (стр. 1 из 2)
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра РЭС
РЕФЕРАТ
На тему:
«Электронные ключи. Особенности схемотехники РТЛ и ДТЛ»
МИНСК, 2008
1 Электронные ключи
Ключ – элемент, который под воздействием управляющего сигнала производит различные коммутации (источников питания, активных элементов и т.д.). Электронный ключ является основой для построения более сложных цифровых устройств. При включении активного элемента с общим эмиттером (истоком) ключ выполняет логическую операцию НЕ, т.е. инвертирует входной сигнал.
Ключ имеет два состояния: замкнутое и разомкнутое
.Для реализации ключей используют диоды, биполярные и полевые транзисторы.
Рассмотрим простейшие диодные ключи.
Особенность диодных ключей состоит в том, что источником энергии для формирования выходного сигнала является источник входного сигнала.
Рассмотрим схему соединения ключа последовательно с нагрузкой.
Включение ключа параллельно с нагрузкой:
На диодных ключах можно выполнять логические операции И либо ИЛИ.
На рис. 1,а показана схема и временные диаграммы диодного логического элемента ИЛИ. Напряжение на выходе элемента ИЛИ будет иметь высокий уровень (логическая единица), если высокий уровень (логическая единица) действует хотя бы на одном входе.
На рис. 1,б показана схема и временные диаграммы диодного логического элемента И. Напряжение на выходе элемента И будет иметь высокий уровень (логическая единица), если на всех входах действуют высокие уровни (логические единицы). Наличие низкого уровня (логического нуля) хотя бы на одном входе приводит к открыванию соответствующего диода и ток, протекающий через резистор R, будет замыкаться через этот диод на «землю», так что выходное напряжение будет иметь низкий уровень (логический ноль).
1.1 Насыщенный транзисторный ключ на биполярном транзисторе
Рассмотрим режимы работы транзисторного ключа.
Выбираем транзистор VTn-p-n типа, схема включения с общим эмиттером показана на рис. 4.2.
Рис. 4.2
Для ключа на транзисторе p-n-p типа меняются полярности напряжений.
Транзистор в нашей схеме может находиться в одном из трёх состояний:
1) Закрыт (выключен), находится в режиме отсечки (область 1);
2) Открыт, находится в линейной области в активном режиме (область 2);
3) Открыт (включён), находится в режиме насыщения (область 3).
1) Режим отсечки:
Режим отсечки создаётся путём подачи на базу VT запирающего отрицательного напряжения
, VT закрыт, оба p-n перехода смещены в обратном направлении.2) Активный режим:
Активный режим создаётся путём подачи на базу VT положительного напряжения
. При этом эмиттерный p-n переход будет смещён в прямом направлении, а коллекторный – в обратном направлении, т.к. 
.В активной области между входными и выходными токами существует жесткая связь:
, т.к. 
; 
, 
–коэффициент усиления тока базы.3) Режим насыщения. Такой режим наступает при
, при этом VT открыт. Оба p-n перехода смещены в прямом направлении.В режиме насыщения транзистор перестаёт управляться по цепи базы, поэтому ток коллектора насыщения
остаётся неизменным и определяется сопротивлением нагрузочного резистора 
: 
.Дальнейшее увеличение входного сигнала при
приводит к увеличению потока электронов из эмиттера в базу и электроны (неосновные носители) в виде объёмного заряда скапливаются в области базы.Наступает так называемое насыщение транзистора.
Условие насыщения VT может быть представлено в виде:
; 
.Количественно глубина насыщения VT характеризуется коэффициентом насыщения
, ( 
),а также степенью насыщения
.С физической точки зрения степень насыщения характеризует собой величину избыточного заряда
неосновных носителей (электронов) в базе транзистора.С ростом тока базы растёт по экспоненциальному закону объёмный заряд неосновных носителей в базе VT и на границе насыщения при
он достигает значения 
,где
- постоянная времени жизни неосновных носителей в области базы, отражающая частотную зависимость коэффициента передачи 
. 
, где 
- верхняя граничная частота VT.Чем больше избыточный заряд
, тем сильнее насыщен транзистор, а рассеивание заряда обуславливает инерционность VT при его выключении, что в итоге существенно влияет на быстродействие ключевой схемы.1.2 Статические характеристики ключа
Перепады амплитуд напряжения и тока:
от 0 до 
; 
от 0 до 
; 
от 0 до 
; 
от UКН до ЕК.Амплитуда выходного напряжения:
Передаточная характеристика:
Чем уже переходная область, тем лучше передаточная характеристика транзисторного ключа.
–идеальная характеристика
1.3 Динамические характеристики электронного ключа
Рассмотрим эпюры токов и напряжений для схемы электронного ключа, изображенной на рисунке ниже.
–объёмный заряд, 
–время задержки, 
–время фронта, 
.До момента коммутации входной ток
отсутствовал. Объёмный заряд в области базы после момента коммутации появится с некоторой задержкой из-за наличия ёмкости 
перехода, паразитной ёмкости монтажа.