L_15 (1075851), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Получается, чтоэто является условием насыщения транзистора. Но транзистор работает в режиме заданного тока базы, поэтому для характеристики степени насыщенияболее удобным будет токовый критерий насыщенияI β > I кн .б(15.1)В режиме насыщения ток коллектора выходит из под управления токабазы: если даже увеличить ток базы, ток коллектора не увеличивается.Чтобы оценить силу неравенства (15.1), вводится особый параметр − степеньнасыщения q насqI+ βбнас q = Iкн( Е + − U бэ) Rбб==ЕR βIккб.нас.минiб(15.2)Из формулы (15.2) определяем возможные значения, которые можетпринимать параметр q нас :а) q нас = 1 ─ соответствует границе с активным режимом;б) q нас =∞ ─ соответствует нулевому коллекторному току;в) q нас = β ─ соответствует равенству базового и коллекторного токов.Увеличение степени насыщения транзистора уменьшает остаточное напряжение на выходе ключа, но при q нас = 3, уменьшение этого напряже-ния прекращается.Чтобы уменьшить степень насыщения транзистора, надо не допускатьбольшого уровня прямого напряжения на коллекторном переходе; в этомслучае инжекция носителей из коллектора в базу будет ограничена, и на рассасывание объёмного заряда в базе потребуется меньше времени.С этой целью в схеме транзисторного ключа коллекторный переходшунтируют диодом Шоттки, у которого падение напряжения на внутрен-нем сопротивлении, когда он открыт, не превышает 0,2…0,4 В.
При такомуровне прямого напряжения на коллекторном переходе сильная инжекцияносителей из коллектора в базу будет невозможной.. На рис.15.3а показанасхема транзисторного ключа с диодом Шоттки, а на рис.15.3б вольтамперныехарактеристики диода Шоттки (VDШ) и обычного диода.EкмА IпрVDШЕбVDШVDобычныйRкVTUвыхUобрUпр02...0,4 06...0,9Ва).б).Рис.15.3.До тех пор, пока потенциал коллектора больше потенциала базы, диодШоттки закрыт и не оказывает никакого влияния на работу транзистора. Впереходных процессах потенциал коллектора становится меньше потенциалабазы. При этом диод Шоттки открывается, шунтируя коллекторный переход,и устанавливает на нём уровень напряжения не больше 0,2…0,4 В.При использовании диода Шоттки в схеме ключа немного возрастаетуровень выходного остаточного напряжения (до 0,3 В), но это оправдано возросшим быстродействием ключа.Диоды Шоттки изготавливаются на кристалле одновременно с остальными элементами схемы в едином технологическом цикле.До сих пор мы рассматривали схему одиночного ключа и нас интересовали, в основном, параметры, связанные с быстродействием ключа.В реальных схемах цифровой техники будем иметь дело со сложнымиэлектронными схемами.
Это может быть «цепочечная логика», где последо-вательно включены несколько транзисторных ключей, и режим каждого следующего звена напрямую зависит от выходных показателей предыдущегорис.15.6. Также, это может быть параллельное включение нескольких звеньев, которыми управляет один предыдущий аналогичный ключ (рис.15.7).
Поэтому необходимо рассмотреть такой параметр, который будет характеризовать устойчивость схемы против ложного срабатывания. Рассмотрим этотпараметр.3.1.4. Помехоустойчивость транзисторных ключей.Помехоустойчивость характеризует устойчивость схемы транзисторного ключа против ложного срабатывания.Различают помехоустойчивость статическую и динамическую (в переходных процессах).Рассмотрим этот параметр на конкретном примере, для этого воспользуемся схемой на рис.15.4.ЕпUупр.Uупр.Uвх1VD1Uвх2VD2Uвх3VD3R3R1VD4VD5VT1UвыхUупр.Рис.15.4.На рис. 15.4. показана трёхвходовая логическая схема, которая должнавыполнить логическую операцию «3И-НЕ». Схема содержит диодную матрицу (VD 1 , VD 2 , VD 3 ), которая должна выполнить операцию «И».
Праваячасть схемы ─ это собственно ключ, выполненный на транзисторе по схеме сОЭ. Ему мы поручим операцию «НЕ».Таким образом, условие задачи накладывает определённые «обязанности» на схему:а) на выходе должно произойти снижение уровня напряжения до логического нуля (ЛГ0) при условии, если на все входы диодной матрицы поступят сигналы высокого уровня (ЛГ1).б) на выходе должно произойти повышение уровня напряжения до логической единицы (ЛГ1) при условии, если хотя бы на одном из входов диоднодной матрицы будет иметь место логический нуль.Рассмотрим схему при отсутствии диодов VD 4 и VD 5 : только в процессеанализа работы электронной схемы станет понятно, зачем эти два элементалогической схеме. На входе диодной матрицы находятся управляющие ключи, которые формируют управляющие сигналы на её входы.Не лишним будет вспомнить, что управляющий ключ может предложить на входлогической схемы высокий уровень напряжения (ЛГ1) в том случае, если транзистор будет закрыт, а низкий (ЛГ0) ─ когда он открыт до насыщения.Рассмотрим работу схемы при условии, когда на всех входах диоднойматрицы действуют высокие уровни («И» на первом входе, «И» на втором,«И» на третьем).
Все диоды (VD 1 , VD 2 , VD 3 ) будут закрыты (φ катода > φ анода ).Мы поставили условие: если на входе диодной матрицы будет высокийуровень напряжения (ЛГ1), то на выходе ключа должно произойти снижениенапряжения до ЛГО. Это условие явно будет выполнено, так как ток череззакрытые диоды не потечёт во внешнюю цепь, а потечёт от источника Е п ,через резистор R б во входную цепь транзисторного ключа. Транзистор откроется, на выходе сформируется низкий уровень напряжения (ЛГ0).
Такимобразом, при первом условии схема выполнила поставленную перед ней задачу: операция «3И-НЕ» состоялась.Изменим режим диодной матрицы. Рассмотрим работу схемы при условии, когда на одном из входов действует низкий уровень напряжения. Например, управляющий ключ подал низкий уровень напряжения (ЛГ0) в цепьдиода VD 1 . Диод VD 1 открывается и ток потечёт во внешнюю цепь. Транзистор в ключе должен сейчас закрыться. Проверим, будет ли это так. Для этого прорисуем цепь, с которой сигнал пойдёт в цепь базы транзисторногоключа (рис.15.5).Как правило, управляющие ключи работают на границе активного режима, поэтому принимаем напряжение на его выходе U кэ = 0,7 В.В схеме на рис.15.3. все диоды, кроме VD 1 закрыты, поэтому прорисована только цепь диода VD 1 .
Как видно из схемы, в тчк. «А» потенциал высо-кий, так что при напряжении на базе транзистора U бэ = 1,4 В он, конечно же,не закроется.Схема не выполнила заданной ей задаче: на входе и выходе схемы имеем уровни ЛГ0.+ЕпI0,7 ВRбIIVTупр +__АRкVT+VD1UвыхUбэ= 1,4 В0,7 ВРис.15.5.Вывод. У схемы плохая помехоустойчивость: возникло ложное срабатывание. Необходимо повысить её помехоустойчивость. Вспомним про диодыVD 4 и VD 5 , которые мы вывели из схемы перед началом анализа. Введём их всхему. Чтобы транзистор открылся, теперь уже нужно такой уровень напряжения, который сможет открыть три активных элемента ─ два диода и одинтранзистор.
Следовательно, нужно, как минимум, 2,1 В. Теперь наша схемауспешно справится с поставленной задачей и выполнит логическую операцию «3И-НЕ».Для «цепочечной логики» характерно чередование открытых и закрытыхключей, то есть каждым ключом управляет предыдущий, а сам он, в своюочередь, управляет последующим (рис.15.6).а) Когда VT 1 открыт до насыщения, то ток коллектора будет равенIк1=Е − U ост1 Ек≈ к ;RRк1к1(15.3)б) Транзистор VT 2 будет закрыт малым остаточным напряжением с выхода VT 1 .
Транзистор VT 3 будет открыт током базы I б3Iб3=Е к − U бэп Е к.≈RRк2к2(15.4)Таким образом, для схемы на рис15.6. очевидно, что токи коллекторапрактически равняются токам базы.ЕкRк1ЕбRк2VT1Rк3VT2VT3UвыхРис.15.6.Подставляем (15.3) и (15.4) в токовый критерий насыщения (15.1), получаем ограничение на коэффициент усиленияβ>Ек .Е −U*к(15.5)И тогда степень насыщения для цепочечной логики (15.2) запишется вследующем видеq=β ( Е к − U *)Е.(15.6)кЕсли транзистор VT 1 окажется в активном режиме, то на его выходе установится напряжение гораздо большее, чем U ост1 в режиме насыщения, итранзистор VT 2 тоже будет открыт.
Следовательно, в схеме возникло ложноесрабатывание из-за неправильно заданного режима транзистору VT 1 .Примечание.Проанализировав поведение ключей в «цепочечной логике», стоит ещёраз обратить внимание на то, что напряжения на выходе закрытого транзистора в одиночном ключе и на выходе чередующихся транзисторов разные.На выходе закрытого транзистора одиночного каскада это напряжение близко к напряжению питания, а в случае чередующихся каскадов это напряжение равно U*, так как выход закрытого транзистора подключен к входу открытого транзистора.Сравниваем два параметра ─ быстродействие и помехоустойчивость.Чем глубже насыщение транзистора, тем хуже быстродействие, но темлучше помехоустойчивость ключа: уровень логического нуля тем меньше,чем меньше остаточное напряжение на выходе насыщенного ключа. Такимобразом, эти два параметра требуют компромисса, чтобы решились обе проблемы одновременно.3.1.5.
Нагрузочная способность ключа.Под нагрузочной способностью ключа подразумевается количество параллельно включенных ключей, которыми может управлять предыдущийключ. Рассмотрим это на примере схемы на рис.15.7. В схеме используетсясочетание последовательного и параллельного соединения ключей.ЕкRкIбRбVT1ЕбRбRкVT3VT2RбUбVT4а)б)Рис.15.7В схеме на рис.15.7а ключ на транзисторе VT 1 управляет работой ключаVT 2 , который, в свою очередь, управляет ключами на транзисторах VT 3 иVT 4 .Обозначим количество таких ключей через «n».Если токи базы будут равномерно распределяться по ключам, то в каждом из ключей будет действовать ток*1 Ек − U.I+ =б n RкНа самом деле из-за высокой крутизны входных ВАХ и в связи с разбросом параметров токи базы могут быть разными по величине (рис.15.7б, синийцвет).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
