Comutatoare electronice

Comutatoare electronice

Pentru a usura studiul comutatoarelor electronice reale se utilizeaza un model de comutator ideal care satisface urmatoarele conditii:

- in stare inchis (ON) - tensiunea la bornele comutatorului este nula (U=0), iar curentul poate fi oricat de mare determinat de circuitul in care lucreaza comutatorul.

- in stare deschis (OFF) - curentul prin comutator este zero (I=0), iar tensiunea poate fi oricat de mare, fixata de circuitul in care lucreaza comutatorul.

Trecerea dintr-o stare in alta se face instantaneu.

Caracteristica comutatorului ideal (curent-tensiune)

Comutatorul real are urmatoarea caracteristica:

Stare ON (inchis)

Modelul comutatorului real este urmatorul:

r_on foarte mica

U_P - tensiunea de prag

r_ON - rezistenta pe care o are comutatorul in conductia directa.

Daca ; i=0.

Starea OFF (deschis)

Modelul comutatorului real este urm:

r_OFF - infinita - ideala; r_OFF - valoare foarte mare

Un comutator care are o astfel de caracteristica este dioda semiconductoare.

Dioda semiconductoare

Caracteristica curent-tensiune:

i - curent prin dioda

u - tensiunea prin dioda

I_S - curentul de saturatie

I_S nA (este de ordinul nano amperilor)

Circuite de limitare a semnalelor cu diode

Caracteristica acestui circuit

(limitator jos)

- limiteaza la tensiunea <E

Daca tensiunea de intrare u_i<E, dioda D este deschisa (polarizata direct), deoarece tensiunea de pe catod < tensiunea de pe anod. In aceste conditii

Daca u_i > E, dioda D este blocata, deoarece tensiunea din catod > tensiunea din anod. In acest caz u₀=u_i.

u_i < E; D este blocata => u₀=u_i.

u_i > E; D este deschisa (polarizata direct) => u₀=E

(limitator sus pentru tensiune)

Exemple de scheme:

1 2

- limitarea se face la tensiunea de deschidere a diodei

Daca semnalul de intrare u_i < -0,65V, dioda D₁ este deschisa si dioda D₂ este blocata. In acest caz tensiunea de iesire =-0,65V. Intre -0,65 ÷ +0,65 (-0,65V < u_i < +0,65) ambele diode sunt blocate si tensiunea de iesire U₀=U_i. Daca u_i > 0,65V, D₁ se blocheaza, D₂ se deschide si U₀=+0,65V.

Exemplu de circuit logic cu diode

"1" logic +UV

"0" logic 0V

AND (Functia si logic)

1 - deschis

0 - inchis

Nivele logice

Tranzistorul - saturat

U_BE - 1 logic 0,6V

U_CE - 0 logic 6,2V

- blocat

U_BE - 0 logic <0,6V

U_CE - 1 logic U_CE=+U

Comutator cu tranzistor bipolar

Tranzistorul saturat: se creste U_BE, U_CE 0; I_C nu creste.

Daca u_i=+U, tranzistorul se satureaza, adica este un comutator in stare ON, tensiunea de saturatie intre colector si emitor este 0,2V pentru tranzistorul bipolar.

u_i=+Uu₀=U_CEsat 0,2V "0" logic.

Semnalele de intrare sau iesire pot lua valorile 0 sau 1. Intotdeauna trebuie

Daca u_i=0V; tranzistorul este blocat si tensiunea la iesire =+U. tranzistorul este echivalent cu un inversor.

Concluzii:

Tranzistorul bipolar poate fi folosit ca element de comutatie. Pentru un tranzistor npn starea ON este determinata de o tensiune a intre baza si emitor, rezultand intre colector si emitor o tensiune 0,2V si prin tranzistor trecand un curent semnificativ.

Daca tensiunea dintre baza si emitor =0, tranzistorul se comporta ca un comutator in stare OFF, curentul care trece prin tranzistor intre colector si emitor fiind practic nul.

Comutator cu tranzistor MOS

tranzistor MOS cu canal "n"

tranzistor MOS cu canal "p"

Un tranzistor cu canal n se utilizeaza sub forma urmatoare:

Daca u_i=+U, tranzistorul Q_n se satureaza si tensiunea de iesire U₀0,1÷0,2V.

"1" intrare; "0" iesire

Daca u_i=0V; tranzistorul este blocat u₀=+U

"0" "1" inversor

La tranzistorul cu canal p

Daca u_i=+U, Q_p este blocat si u₀=0.

"1" "0" inversor

Daca u_i=0; Q_p saturat; u₀=+U

- deschid jonctiunea GS

- se deschide jonctiune intre D si S

- apare curentul de !!!!!!

R trebuie sa fie cat mai mare pentru ca puterea disipata sa fie cat mai mica (d.p.d.v. static)

D.p.d.v. dinamic prin rezistenta R se incarca capacitatea echivalenta a circuitului urmator.

Pentru o viteza mare de comutatie este necesar ca (constanta de timp)=RC sa aiba valoare mica, aceasta implica R, pentru a nu avea o viteza de lucru mare la circulatie.

R(mare) d.p.d.v. static

R(mic) d.p.d.v. dinamic a implicat utilizarea circuitelor CMOS.