Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 108
Текст из файла (страница 108)
15-19, сплошные ликии). Для того чтобы оценить постоянную времени г„„представим кривые 1 и 4 на рнс. 15-18 в виде равнобедренных треугольников, вершины которых расположены посередине базы. Иначе говоря, мысленно разрежем транзистор по вертикали в точке х = и/2 и будем считать, что в каждой половине рассасывание заряда происходит н е з а в и с н м о, под действием уменьшающегося тока базы. Тогда время пролета носителей в каждой половине будет близко к соответствующему времени диффузии 1о, а значит, учитывая (2-88), т, — 1о = — = 0,25(о. (ш/2)з 2В (15-50) Полное время дннамическон отсечки на уровне 0,1 составляет 1 = 2,3т,ж = О,бт . т Такая автономность свойственна также диоду на этапе восстановления обратного тока (см.
$2-9». Таким образом, в общем случае отркцательный фронт тока состоит из трех участков: первый соответствует работе транзистора в активном режиме (постоянная времени г„), второй является промежуточным (постояннаи времени уменьшается от т„до и„,), третий соответствует режиму динамической отсечки (постоянная времени и„, и нулевой асимптотический уровень для всех трех токо~. Промежуточный участок начинается при условии 1„ = ! Гав ! и кончается при условии У, =- О. В слу.- чае ! Уаа ! < 0,2 1„ „ превалирует 1-й у участок и длительность фронта можно рассчитывать по формулам (15-49). а В случае ! )а,! = У„„, наоборот, 1-й участок практически отсутствуег и Рис. 15-!9.
Формирование отрицательно- Рис. 15-20. Формирование отто фронта с учетом этапа динамической рицательиого фронта в случае отсечки. инверсного рассасывания. и фронт формируется с постоянной времеви, меныпей то, т. е. практически мгновенно. Первому случаю соответствует на рис. 15-19 тонкий пунктир, а второму — жирный. Прн инверсном рассасываиии, т. е. пРи Условии 1гав ! > (1 — 2)1 „, отРицательный фРонт пРимерно такой же, как во втором случае. Особенность инверсного режима состоит в том, что собственно отрицательному фронту предшествуют положительные выбросы коллекторного тока и коллекторного напряжения (рис.
15-20). Действительно, если эмиттерный переход выходит нз насыщения раньше коллекторного, то нарастающее о т р и ц а т е л ь н о е напряжение на змиттерном переходе вызывает рост п о л о ж ят ел ь н о го потенциала базы. Приращение Л(/з через еще «заиороченный» иоллекторный переход непосредственно передается на коллектор, и потенциал последнего увеличивается 11591; соответственно увеличивается и тои коллектора. Вершина выбросов имеет место в ьюмеит выхода коллектора из насыщения ((р), а в е с ь отрицательный фронт формируется в условиях динамической хстсечки, поскольку теперь оба тока 1, и 1„в ыт е и а ют из базы.
Заметим, что данный вариант переходного процесса более характерен для дрейфовых транзисторов, у которых в режиме насыщения распределение неосновных носителей в базе более равномерное, чем иа рис. 15-10 и 15-13, а прн большой степени насыщения имеет нарастающий характер т. Йо сих пор длительность фронта Я считалась одинаковой каи для тока 1„((), так и для напряжения ин((), поскольку при чисто аКтИВНОЙ НаГруЗКЕ КРИВЫЕ гн(1) И и„(() ОкаЗЫВаЮтея ИдЕНтИЧНЫМИ с точностью до знака. Однако если нагрузка имеет емиосгно.резистивный характер (что типично для большинства реальных ключевых схем), то кривые г,(1) и ин(1) могут существенно различаться.
Соответственно будут различаться и времена фронтов по току и по напряжению. Каи правило, главный интерес представляет время фронта по напряжению. Как показано в работе Вбб], при наличии емкостя нагрузки Сн приращения коллекторного тока на 1-и участке фронта описываются операторным выражением 1+а«и отсс (з) Роса (1 ( ) (1 ( ) е где постоянные времени имеют значения: та= Снй«1 «эссв = (твв + «в)' т тв — (Сн+ Сн) Мсс тэнв Учитывая нерююнство там",тэна, можно считать параметр тв временем задержки (см.
сноску иа с. 199). Тогда Ын (з) РМ«« *" + 1+эта 1+ зтвнв Из этого выражения следует, что без учета задержки функция Мн (ф в начальный момент времени (з = вэ) характеризуется с к а ч к о м тока, равным: бг, (0)- Рб)е — ". тэнв Фактически этот «скачок» имеет длительность, близкую к гэ, т. е, значиеельно меньшую, чем следует нз (1б-49а). Коллекторный ток в конце «скачка» имеет величину Ун н — 1М« (О) 1. Если зта величава меньше, чем ) се»5 то можно считать, что в е с ь 1-й участок фронта формируется с малой постоянной «Такой вывод следует из кривых иа рис.
4.30 я 4-42, если мысленно ик ело. акить (что примерно соответствует условиям в режиме двойной иижекции). нремеии т . Поскольку длительность остальных двух учзспсоз всегда мзлз (см. выше), приходим к выводу, что при условии Гз. — (буз(0)1(1Г6 ~ спид коллекториого тока имеет почти ступенчатый характер (см. рис, 15-19). Используя значение Ыз (О) и полагая р) 16з) ~ 1'„.„, запишем зто условие з следуиздем виде: ль 1к. и ~ Уел( () 1 ген 1 (15-51) Например, если 1 Гез) = 0,5 1„„, то Фронт тока можно считать ступенчатым при тн ~ той~ = гпаю У дрейфонйх транзисторна зкзинзлентнзя посгоннная времени (15-1зб), кзк правило, определяется вторым слагаемым; тогда предыдущее неравенство принимает зид: Сн ~ Сз. В большинстве реальных транзисторных ключей условие (15-51) выполняется даже в случае бездрейфовых транзисторов. Поэтому при анализе импульсных схем спад т о к а обычно считается мгновенным, одна- -Ен ко в некоторых случаях (малая емкость нагрузки или слабый запирающий ток базы) такое допущение может оказаться неприемлемым.
В отсутствие коллекторного тока ключ превращается в пассивную )сС-схему, в кото- рой восстановление коллекторного напряжения происходит с постоянной времени т„, = = (С„ + С„) гг„ (влиянием емкости змиттерного перехода пренебрегаем). Тем самым дли- тельность отрицательного фронта н а п р яж е н и я (при ступеьчатом спаде тока) со- Рис 15 21. ((шоч ОЭ с форсирующей емкосгавляет: стью (пунктиром по1ь 2,3тн „. (15-52) казана диоднзн фикса- ция базового погенци- Ключ с форсирующей емкостью, Казна- злз).
чение форсирующей емкости (рис. 15-21) заключается в том, стобы временно (на время переходных процессов) увеличивать токи базы ге, и 16з по сравнению с их значениями, определяемыми сопротивлением Л!6. Так, при отпирании ключа вместо тока Еез 6 у =, + д получится в первый момент гораздо больший ток Е61 )(с+ гз Конечно, по мере заряда емкости С ток 16з будет уменьшаться, ио все же положительный фронт формируется током, близким к максимальному значению г'ез (0), т. е. весьма быстро. В то же время Установившийся заряд в базе будет соответствовать гораздо мень- шему току 16, (оо) = 161.
Таким образом, 6йорсирующал емкость гюэеоляет полунин«э крутой положительный фронт при слабом последующем наган«(ении Аналогично обстоит дело прн запирании транзистора, когда в начальный момент вместо тока Ебз Ебз бз Я +Кб+гб Нб действует гораздо больший ток 1 (О) Еб +г1 (0) Еб +Ебт. это способствует более быстрому рассасыванию избыточного заряда 1. Если, однако, больший ток 1б, сохранится до конца интервала 1», то может иметь место и н в е р с н о е рассасывание, которое часто нежелательно в связи с выбросал«и (см. рис. 15-20). Величина форсирующей емкости выбирается из следующих соображений.
Пусть задана отпирающая э. д. с, Е61 в виде ступенчатого сигнала. Тогда изображение базового тока будет иметь зрэг. 161 (а) 161 )+~с, '! -(-зт," где Еш И. +Ее+та ' тс = СЮ тс = С 11' 6 ) Фг + гб)] л~ ~т«" Последнее неравенство объясняется тем, что И„+ гб <,' йб. Подставляя 16, (э) в формулу (15-285), получаем изображение заряда: )+зтз Я(з) = 61т () 1 ) 1)+зт) Оригинал такой функции при с, ) т имеет одиночный (апериоднческий) выброс, что, однако, не дает существенного сокращения времени фронта. Поэтому постоянную времени т, выбирают из условия «критического режима» (без выброса), для которого т, = т и, следовательно, (15-53) Например, если т = 2 мкс и Кб —— 5 кОм, то С = 400 пФ.
Следует иметь в виду, что сопротивление гб прн запнранин транзистора меньше, чем при отпирании, из-за модуляции сопротивления базЫ носителями. На,зопленвыми в режиме насыщения, Условие и, = т приводит к оригиналу, имеющему вид простейшей экспоненциальной функции с постоянной времени т,' ч т.
Соответственно время 1е будет значительно меньше, чем в отсутствие емкости, так как в формуле (15-35) параметр т окажетсн замененным на т,'. По той же причине уменьшится время накопления (15-39). В то же время степень насьяцения, а значит, и избыточный заряд останутся такими же, как без емкости, поскольку они определяются с т а ц и о н а р н ы м током базы. При подаче з а п и р а ю ще й ступеньки Ее, процессы рассасывания и формирования заднего фронта тоже протекают форсированно, с постоянной времени т,'. При этом, как можно показать, условие т, = т означает, что заряд на емкости в каждый данный момент равен заряду в базе, -Ен т.
е. Си, (1) Я ((). Следовательно, в момент начала динамической отсечки, когда в базе еще имеется остаточный заряд, напряжение на конденсаторе имеет конечное значение, пропорциональное этому заряду. Анализ показывает, что при Е„+ ге <,', *Ее остаточное напряжение близко к величине Рис. 1522. Виаючеоие заптитното Липла и цепь базы хрейфоиото транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
