Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В дрейфовых транзисторах С_э>>С_к и время задержки включения определяется главным образом емкостью эмиттерного перехода.

На втором этапе включения транзистор переходит в активный режим, когда ток коллектора возрастает, а напряжение между коллектором и эмиттером падает. При этом

С_э _dU_эб/dt << С_к _dU_кб/dt

и уравнение заряда (27) принимает вид

С_к _dU_кб/dt + dQ/dt + Q / t_б = I_б.пр (33)

Учитывая, что dU_кб/dt =R_к _dI_к/dt и Q=I_к /aw_a = I_кt_б / b, получим дифференциальное уравнение относительно коллекторного тока

(bС_кR_к +t_б) dI_к/dt + I_к =bI_б.пр (34)

При начальном коллекторном токе I_к(t=0)=0 уравнение (34) имеет следующее решение:

I_к(t) = bI_б.пр{1 - Exp[-t / (bС_кR_к +t_б)]} (35)

Определяя фронт нарастания импульса коллекторного тока от I_к = 0 при t = t_з до I_к = I_кн при t = t_з + t_н, получим время нарастания импульса

t_н = (bС_кR_к + t_б )ln(1 - I_кн / bI_б.пр)^-1 (36)

По окончанию импульсного напряжения наступает процесс выключения транзистора. На первом его этапе концентрация носителей заряда у коллекторного перехода остается выше равновесного значения, благодаря чему коллекторный переход сохраняет прямое смещение. Поэтому ток коллектора остается большой величины, как и в режиме насыщения. Процесс рассасывания избыточных неосновных носителей в базе происходит за счет базового и коллекторного токов, а также их рекомбинации. В течение этого времени напряжение на обоих переходах практически не меняется, а поэтому уравнение (27) на период рассасывания неравновесных зарядов принимает вид:

dQ/dt + Q/t_б = -I_б.обр (37)

Решив это уравнение можно найти время рассасывания неравновесных зарядов в базе транзистора. Если в начале переходного процесса неравновесный заряд базы определяется током базы в режиме насыщения Q(0) = I_б.прt_б, то в конце он равен Q(t_р)=0. Исходя из данных условий, определяется время t_р рассасывания, которое равно:

t_р = t_бln(1 + I_б.пр / I_б.обр ) (38)

Таким образом, время рассасывания определяется эффективным временем жизни неравновесных носителей заряда t_б и отношением токов включения и выключения транзистора I_б.пр, I_б.обр.

На втором этапе выключения, когда напряжение коллекторного перехода становится равным нулю, транзистор переходит в активный режим. Поэтому изменение коллекторного тока описывается уравнением, аналогичным (34), у которого в правой части вместо прямого базового тока стоит обратный:

(bС_кR_к +t_б)dI_к/dt + I_к = -b I_б.обр (39)

Время спада определяют из условий, что в начале второго этапа выключения транзистора коллекторный ток равен I_к(0) = I_кн, а в конце I_к(t_с) = 0. Исходя из данных условий и в предположении постоянства тока базы I_б.обр, время спада t_с равно

t_с » (bС_кR_к +t_б)ln(1+ I_кн /bI_б.обр) (40)

Таким образом, зарядовая модель позволяет аналитически оценить длительности переходных процессов в биполярном транзисторе при работе с большими амплитудами импульсных напряжений, когда транзистор работает в режиме насыщения. В ряде случаях удобно представлять результаты анализа не через токи базы, а от степени насыщения транзистора s.

С учетом того, что I_б = sI_бн, I_бн = I_кн / b и I_кн = E_пит / R_к, несложно показать, что время задержки t_з выходного импульсного напряжения определяется как

t_з = b(С_э + С_к)R_к(E_бэ + U_бэщ) / (sE_к) (41)

время нарастания его переднего фронта как

t_н = (bС_кR_к + t_б)ln[s / (s - 1)] (42)

время рассасывания t_р неравновесных носителей в базе

t_р = t_бln[1 + s(E_пит / E_бэ)(R_б / bR_к)] (43)

Время спада t_с заднего фронта выходного импульсного напряжения согласно (40) от степени насыщения транзистора не зависит.

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Ознакомится с вариантом ключевой схемы, которая предложена для исследования (выдается преподавателем перед выполнением работы). Определить параметры элементов входной цепи (сопротивление R, амплитуду импульсного источника напряжения E), предварительно оценить согласно теории характерные времена переходных процессов в исследуемой схеме. Необходимые для расчетов параметры транзисторов можно получить непосредственно в программе MICRO-CAP VI или из справочника по транзисторам. Результаты исследований совместно с принципиальной схемой сохраняются в виде файла в папке заданий.

2. Создать принципиальную схему в среде MICRO-CAP VI. Подробная инструкция работы в среде MICRO-CAP VI приведена в электронной версии работы «Электронные ключи» лабораторного практикума. Все результаты исследований совместно с принципиальной схемой сохраняются в виде файла.

3. Получить передаточную характеристику исследуемой ключевой схемы.

4. Определить амплитуду E_1,min входного импульсного напряжения, при котором транзистор работает на границе активного режима с режимом насыщения.

Для определения E_1,min используется многовариантный анализ переходных процессов выходного напряжения ключевой схемы (параметр варианта — амплитуда входного импульсного напряжения). Следя за выходным напряжением (U_кэ), определяется минимальная амплитуда входного импульсного напряжения E_1,min, при которой амплитуда выходного напряжения достигает максимальной величины U_max, приблизительно равной E_пит.

Оценить длительность нарастания t_н выходного напряжения U, приняв за его величину время, в течение которого напряжение на выходе изменяется от уровня 0,9U_max до уровня 0,1U_max. По результатам измерений скорректировать длительность входного импульсного напряжения, чтобы при дальнейших исследованиях она была бы равна (1,5 –2) t_н. При работе транзистора в ключевой схемы на границе активного режима с режимом насыщения измерить токи коллектора I_кн, базы I_бн и амплитуду входного импульсного напряжения E_1.min. Зафиксировать осциллограммы на входе ключевой схемы (E_бэ +E₁), на базе (U_бэ и I_б) и на выходе (U_кэ и I_к). Результаты сохранять в виде файла.

5. Исследовать работу ключевой схемы в режиме насыщения.

Установить амплитуду входного импульсного напряжения E₁ =3E_1.min. Измерить время задержки t_з выходного напряжения (за время t_з принять отрезок времени от начала действия входного импульсного напряжения до момента времени, когда выходное напряжение до уровня 0,9 U_max), время переднего фронта t_н (измеряется как и в п.4), время рассасывания неравновесных носителей в базе t_р (за время принять отрезок времени от окончания входного импульсного напряжения до момента времени, когда выходное напряжение возрастает до уровня 0,1U_max) и время спада t_с заднего фронта выходного напряжения (время, в течение которого выходное напряжение увеличивается от уровня 0,1U_max до уровня 0,9U_max). По измеренным временам вычислить время включения t_вкл = t_н + t_з, время выключения t_выкл = t_р + t_с и полное время переключения t_пер= t_вкл+ t_выкл.

Для данного режима работы ключевой схемы измерить ток коллектора I_к и ток базы I_б. Зафиксировать осциллограммы напряжений на входе (E_бэ+E₁), на базе (U_бэ) и на выходе (U_кэ), осциллограммы тока коллектора I_к и тока базы I_б. Результаты сохранять в виде файла.

6. Исследовать изменения параметров выходного напряжения в зависимости от степени насыщения транзистора в ключевой схеме.

Изменение степени насыщения транзистора s достигается за счет изменения амплитуды входного импульсного напряжения E₁. Следует провести измерения времени запаздывания, времени нарастания, времени рассасывания и времени спада для входных импульсных сигналов с изменяемой амплитудой от E_1.min до 10E_1.min ( получить не менее 5 значений степени насыщения). Для каждой амплитуды импульсного напряжения определить степень насыщения транзистора и построить зависимости изменения характерных времен (t_з, t_н, t_р, t_с, t_вкл, t_выкл, t_пер) от степени насыщения s транзистора. Результаты сохранять в виде файла.

7. Проанализировать результаты исследований и составить отчет по проделанной работе.

Отчет должен содержать цель и задачу работы, принципиальную схему с полным указанием и обоснованием параметров всех элементов схемы (включая и транзистор), приведены результаты исследований модельных испытаний, которые необходимо сравнить с аналитической теорией. В заключительной части отчета необходимо сформулировать пути уменьшения времени переключения ключевых схем на биполярных транзисторах и предложен способ их расчета.

Допускается представления отчета в электронном виде.

21

Характеристики

Список файлов лабораторной работы