Способы повышения быстродействия транзисторных ключей

4.6 Способы повышения быстродействия транзисторных ключей

Рассмотрим наиболее широко распространенные схемные способы повышения быстродействия ТК, среди которых можно выделить:

1) форсирование динамического режима включения и отключения с помощью RС-цепей;

2) использование фиксирующих диодов;

3) использование нелинейной обратной связи;

4) применение переключателей тока.

Форсирование динамического режима включения и отключения (рис.4.6.1-а).

Шунтирование части базового резистора R_Б1 конденсатором С создает зарядную цепь С R_Б1 в которой в момент включения устанавливается ток

                                

Рекомендуемые материалы

По мере заряда конденсатора базовый ток уменьшается, и в установившемся режиме становится равным

                         

Изменение базового тока происходит в соответствии с уравнением

           (4.6.1)

где τ_ВКЛ = С(R_Б1||R_Б2).

Запирание транзистора также сопровождается динамическим форсированием из-за разряда конденсатора С, добавляющего к постоянному запирающему смещению экспоненциально уменьшающийся потенциал, величина которого в начальный момент времени равна U_С(0) = I_Б.ВКЛ(∞)R_Б1. Изменение базового тока отключения происходит в соответствии с уравнением

(4.6.2)

где

          

На рис. 4.6.1-б показаны временные диаграммы изменения базового и коллекторного токов и заряда в базе сплошными линиями для схемы с динамическим форсированием, штриховыми - без нее. Из этих диаграмм видно, что динамическое форсирование позволяет существенно уменьшить время рассасывания, обеспечивая одновременно малую длительность фронтов импульсов.

Фиксирующие диоды. Устранить насыщение можно путем фиксации потенциала коллектора открытого транзистора на уровне E_Ф (рис. 4.6.2), причем |Е_Ф|<|Е_К|, но |Е_Ф| > |U_KH|, где U_KH - напряжение на коллекторе в режиме насыщения. По мере отпирания транзистора потенциал U_K коллектора растет (т. е. уменьшается по абсолютному значению), при |U_K| ≤ |Е_Ф| диод D отпирается и потенциал коллектора фиксируется на уровне Е_Ф (если пренебречь напряжением на открытом диоде). Теперь при токе базы I_Б > I_БН=Е_К/βR_К коллекторный ток равен βI_Б; часть этого тока

                                     

идет через резистор R_К остальная часть - через диод D.

При запирании транзистора коллекторный ток начинает убывать с постоянной времени τ_Р, но потенциал коллектора остается постоянным и равным Е_Ф до тех пор, пока диод D не закроется. Передний фронт импульса напряжения укорачивается, так как он формируется на коротком участке. Задний же фронт, как и в насыщенном транзисторе, формируется с запаздыванием, которое можно устранить введением в схему отрицательной обратной связи (ООС), препятствующей насыщению транзистора.

Нелинейная обратная связь (рис. 4.6.3). В этой схеме насыщение транзистора предотвращается тем, что коллекторный потенциал с помощью диода D фиксируется на уровне потенциала базы.

При включении транзистора в первый момент времени потенциал анода диода D равен почти -Е_К, а потенциал катода

                                

Диод закрыт и базовый ток транзистора равен

                                 >>I_БН

Транзистор форсированно открывается до точки 2 (рис. 4.6.3-в). В точке 2 напряжение U_K(t) = U₁ и диод открывается. Схема приобретает вид (рис. 4.6.3-б), где R_Э = R_Б1||R_Б2. Вступает в действие ООС между коллектором и базой. Теперь ток I_Б определяется величиной U_K(t), которая, в свою очередь, зависит от I_Б. Схема дотягивает до динамического установившегося значения U_K(∞), причем транзистор работает в активном (ненасыщенном) режиме. Величина U_K(∞) может быть определена из эквивалентной схемы (рис. 4.6.3-б).

Можно записать

                            (4.6.3)

где

                     

Подставляя значение I_Э в уравнение (5.60), после преобразования получим

"6 Препараты гормонов коры надпочечников" - тут тоже много полезного для Вас.

                               

Существенного повышения быстродействия можно добиться только при использовании в качестве D диодов, имеющих малое время восстановления , т. е. высокочастотных. Для низкочастотных диодов, у которых время рассасывания заряда, накопленного в базе, велико, эффект от введения нелинейной обратной связи будет незначительным. Максимальное быстродействие ТК обеспечивается при включении в качестве диода D диода Шоттки (рис. 4.6.3-а). Так как диод отпирается при более низком напряжении между коллектором и базой, когда транзистор еще находится на границе активного режима, отпадает необходимость во введении дополнительного источника смещения.

Кроме существенного повышения быстродействия ТК с нелинейной ОС имеет и недостатки, основными из которых являются:

1) относительно большее (порядка 0,5 В и более) падение напряжения на открытом ключе;

2) худшая помехоустойчивость, что объясняется более высоким входным сопротивлением в открытом состоянии;

3) существенно худшая температурная стабильность.