Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Поэтому при использоутаторов их целесообразно и эмиттера. Если при этом , то транзистор будет рабо- пичные 1 до 5 м е комм кто ра малым олярного транзистора в качестве , а, б. б) а) Рис. 15.6. Параллельный ключ на биполярном транзисторе: а — прямое включение; б — инверсное включение :.';Кйс.15.7. Последовагельный ключ на базе насыщенного эмиттерного повторителя Чтобы открыть транзистор, на его вход надо подать управляющее напряхсеиие большее, чем напряжение отсечки, на величину ЛУ = Ь Ж. При этом пере -': Хбд Коллектор-база откроется, и транзистор будет работать как ключ в ннверс- 191 Чтобы транзисторная цепь бьша достаточно низкоомна, необходимо :, прддерживать ток базы в пределах нескольких миллиампер.
Токи коллектора ! Н',Эыиттера не должны превышать этих значений; при этом остаточные на. й)ряжения, соответствующие ук = 0 или 1э = О, будут малы Последовательный ключ. На рис. 15.7 представлена схема последователь" ' '4ого коммутатора, выполненная на биполярном транзисторе, Чтобы перевести :;:,Этотьтранзистор в режим отсечки, необходимо приложить отрицательное уп'.": равляющее напряжение. Оно должно быть по абсолютной величине большим, чвм максимальное напряжение отсечки ном включении. Недостатком схемы является протекание базового тока 2етоаи зистора через цепь источника входного сигнала, Чтобы зто ие сказывалось на работе схемы, внутреннее сопротивление источника сигнала должно быть даете точно малым.
Если выполняется это условие, то схема оказывается пригодной и тц1я положительного входного напряжения. При этом ток эмитгера 1з открытого транзистора будет положителен, что уменыпает напряжение смещения. Как следует из графика на рис. 15.5, б, при определенном значении тока эмиттсра !э оно может даже равняться нулю. В этом режиме работы схема представляет собой насыщенный эмиттерный повторитель. Для управляющего напряжения, величина которого лежит в пределах от нуля до входного напряжения (О < ЙБаг < Гаек), она работает как амиттерный повторитель сигнала управляющего сигнала.
Это обстоятельство иллюстрируется передаточной характеристикой ключа для положительных входных напряжений, представленной на рис. 15.8. и.„к 1т,,„о Т и понто ое ~т ! Эмиттеенме Невмтеннме повторвтепо ~ омнтпмрнмп поетопотепо Рис. 15.8, Передаточная характеристика для положительных входных напряжений т7ослгдовательно-параллельнеяй ключ. Если совместить насыщенный змиттерный повторитель (рис. 15.7) и параллельный ключ, представленный на рис.
15.6, а, получится последовательно-параллельный коммутатор, имеющий в обоих рабочих состояниях малое напряжение смешения. Недостатком его является необходимость наличия комплементарных управляюгцих сигналов. Более простое управление можно обеспечить, если применить изображенный на рис. 15.9 комплементарный эмитгерный повторитель, который работает в режиме насыщения в обоих направлениях.
Для этого необходимо обеспечить выполнение следующих условий Стнпемнкс > авек и Б каемке < О. Благодаря низкому выходному сопротивлению в обоих режимах схема реализует высокую скорость коммутации выходного напряжения при 0 < Унеи < Рею 192 «ях и« Рис.
15.9. Последовательно-параллельный ключ '-, 13.3. Динамические характеристики ключей на биполярных транзисторах и повышение их быстродействия Для неискажаюшей передачи информации транзисторными ключами " -йеобходимо, чтобы все гармоники спектра прямоугольных импульсов или ", ймгпульоной последовательности усиливались с одинаковым коэффициентом уьс«и)тония и начальные фазовые сдвиги между гармониками нс изменялись Это обеспечивается равномерной амплитудно-частотной характерис ' ' 'такой (АЧХ) в рабочем диапазоне частот и линейно-возрастающей фазово ч)артотной характеристикой Фчх Йскажения частотных характеристик обусловлено реактивными эле- ': ментами схемы.
В области низких частот оказывает влияние емкость разде'--"«йёельнь«х конденсаторов Сб в области верхних частот — влияние инерцион: '.,:,Вйх свойств самого транзистора. Эти свойства оцениваются его постоянной ..:: времени г. Постоянная времени определяет граничную частоту усиления :.-. Трайзистора 1гж Граничная частота усиления зависит от схемы включения ; -:транзистора Различают несколько временных интервалов, характеризующих работу 'яранзистора в импульсном режиме (рис.
15.10) и, Рис. 15.10. Импульсный режим работы кл«оча 193 1 — время рассасывания неосновных носителей, 1 — время нарастания выходного напряжения, ь — время задержки, ~, — время спада выходного напряжения. Можно заметить, что время рассасывания г существенно превышает остальные временные интервалы. В течение этого времени происходит запирание предварительно насыщенного транзистора (Укз = )йэ-!. Рсли у открьпого транзистора обеспечить И.'з большее, чем Цюю~, то время рассасывания существенно умень" шается. Поэтому, если требуется получить быстродействуклцую схему ключа, используют различные способьг предотвращения глубокого насыщения транзистора.
Цифровые схемы, работающие поэтому принципу, называют ненасыщенной логикой. Как зто достигается схемотехническими средствами, будет показано при рассмотрении конкретных схем. Обычно частотные свойства цифровых схем характеризуют усредненным параметром, так называемой задержкой распространения сигнала: гь=)Ььс+ Ььн)22, ~ де им — интервал времени между точками 50%-ного значения на фронте нарастания импульса входного напряжения и 50%-ного значения на фронте спала выходного напряжения, а иан — аналогичный временной интервал для нарастающего выходного напряжения. Рис. 15.! 1 наглядно иллюстрирует это соотношение.
% 50% Рис. 15. 11. Определение времени прохождения импульса Ловышение бысародвйсавия ключей. Биполярный транзистор является инерционным элементом, причем его инерционность определяется как собственно частотными свойствами транзистора, так и параметрами управляющего игйава, Последнее обстоятельство имеет большое практическое значение, так 1)ййбформируя определенным образом сигнал управления, моя~но существенно йдсивуьна инерционность электронного ключа на биполярном транзисторе Ключ с форсируюп1им конденсатором широко применят на практике 'пяягповышения быстродействия. Суть данного метода заключается в том, что йиий~ернале включения и выключения формируют такие значения управляю "1(йтт( сигнала, которые существенно превосходят аналогичные, необходимые с ",: ~~чайн зрения обеспечения стационарно включенного и выключенного сос~ояиийутбиполярного транзистора ,'',.:",- -' Наиболее просто эта идея реализуется в схеме с форсирующим конденсатором в управляющей цепи (рис.15.! 2) г4хя -1 Е~ о и 'Т 213 ! б ','-',тРис.'15.12.
Схема управления биполярным транзистором с форсирующим конденсатором (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу зз момент включения управляющего сигнала и в соответствии со вторым :::," законом коммутации входной базовый ток скачкообразно увеличивается от нуля ДО:ввпичины начального импульса базового тока, тем самььм ускоряя включение '":ФРвнзистора. По мере заряда конденсатора ток базы постепенно уменьшается " .:до.величины тока базы насьпцения (момент и). По приходу заднего фронта :-;вхМного импульса и происходит перезаряд конденсатора, вызывающий ':;.
еФачкообразное уменьшениетока базы транзистора н, соответственно, ускорение яЖиРания ключа 195 Ненасыщенные ключи на биполярных транзисторах, Одним из способов повышения быстродействия является предотвращение насыщения транзистора. Это, как отмечалось ранее, уменьшает время рассасывания. Обеспечить этот режим можно ограничением базовоготокана уровне!е «..
Непосредственно путем соответствуюшсго выбора элементов управляюшей цепи это сделать нежелательно, так как этот способ имеет существенные недостатки, в частности из-за большого разброса параметров реальных транзисторов и их температурной нестабильности работа ключа может быть нестабильна. На практике для ограничения базового тока используют фиксацию минимального напряжения коллекторно~ о перехода транзистора. Так как на границе насьпценного режима напряжение на переходе коллектор — база близко к нулю, то ограничивая это напряжение на низком уровне, можно, ограничить ток базы, т е. исключить накопление избыточных зарядов в области базы, тем самым исключить интервал рассасывания неосновных носителей при выключении транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
