Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Еа ~'тест ~ р ~ ~6 зтб (15-54) Поскольку во время динамической отсечки ток базы очень быстро падаег до нуля„ он не успевает разрядить емкость. Поэтому напряжение 0„,, уменьшаетсн лишь благодаря разряду конденсатора С через резистор Ее„ т. е. с большой постоянной времени СЕе. Таким образом, после запирания транзистора на его базе имеет место динамическое (временное) смеи1гние, которое накладывается на с т а т и ч е с к о е смещение (1е е = Ее,. Наличие динамического смещения приводит к некоторым осложнениям в работе ключа: суммарное напряжение бе оказываается больше, чем в статическом режиме и, если очередной отпирающий импульс поступает до спада динамического смещения, то задержка и длительность положительного фронта будут больше, чем следует из формул (15-33) и (15-35).
Для того чтобы избежать указанных осложнений, часто используют диодную фикса1(шо базового потенциала на уровне Ее — — Е нли меньшем, вплоть до нуля (рис. 15-21, показано пунктиром). В этом случае, если идеализировать диод (т. е. пренебречь прямым падением напряжения на нем), потенциал базы не может стать выше уровня фикссции Е . В случае дрейфовых транзисторов, характерных малым напряжением пробоя эмиттерного перехода, диодния фиксация может предотвратить пробой, если Еэ < 0„н,б.
Однако поскольку главная опасность пробоя состоит в большом токе базы, использование дрейфовых транзисторов, независимо от наличия или отсутствия диодной фиксации, часто сопровождается включением так называемых защитных диодов (рис. 15-22), обратный ток которых ограничивает ток базы. гз-б.
РАзнОВБДнОсти ИАсыЩенных ключей Помимо подробно изученного ключа ОЭ иногда встречаются, главным образом в качестве элементов импульсных схем, ключи ОБ, ОК и ключ-звезда. К л ю ч О Б (рис. 15-23, а) невыгоден тем, что входной управляющий ток должен превышать ток нагрузки, поскольку условие насьицения имеет вцд: тттт1, ~ 1„. Кроме того, напряжение 0,б на открытом ключе больше, чем напряжение ~/„л в схеме ОЭ. Единственным, но не всегда существен- ным преимуществом ключа -е„° е» ОБ является минимальный Нл ' входной ток в режиме отсечки (см. (15-1а)). К достоинствам к л ю- г„ Ет Ен ча О К (рис.
15-23, б) Еч ех д. ~е, еб д, следует отнести минималь- ный ток в запертом состои) б) янин ключа и минимальное напряжение на ключе Рис. 15-23. Разновидности транзисторных в открытом, насыщенном нлв>чвз состоянии (см. 5 15-3). Суа — ключ он. "б — ключ ОК; л «люч-эвчзнл. гцественный нЕдостатОК ключа ОК состоит в том, что управляющее напряжение Еб должно превышать напряжение питания. В самом деле, данная схема имеет структуру эмиттерного повторителя; значит, для того чтобы изменить выходное напряжение (1, от нуля до Е„нужно изменить входное напряжение на такую же и даже несколько большую величину. Кл ю ч - з в езду (рис.
15-_#_, и) можно рассматривать как своеобразную комбинацию ключей ОЭ и ОК, поскольку сопротивления .Рн и ттв включены как в коллекторную, так и в эмиттерную цепь транзистора. Условие запирания, как н в ключе ОЭ, требует положительной величины Еб. Условие насыщения можно получить, принимая насыщенный транзистор за эквипотенциальную точку, выражан потенциал этой точки Юг по формуле (15-11в) и подстанЛяя ТОКИ Гн = (Ев — ИГ)ян И !б — — (Еб — УГ)дб В (15-7). ТОГда после преобразований можно записать критерий насыщения в таком виде: (1+В) ",—;+1 Е ~Е„ (15-55) (1+В) — '+ —" ЕЕб пб где Еб и ń— модули соответствующих напряжений.
В частности, прн Р, = 0 этот критерий переходит в условие (15-7) для ключа ОЭ. Интересно отметить, что при условии Ебй 1 ЕЕ (15-56) потенциал транзистора (/г оказывается больше, чем Е„, и, следова- тельно, ток коллектора становится о т р и ц а т е л ь н ы и: тран- зистор вырождается в двойной диод. Переходные процессы в ключе-звезде имеют некоторую специфику.
Так, положительный фронт формируется в условиях цен нюше. гас я токе базы: Еб=16 (О) уб/к~ где /б (О) = Ебд/(ЕЕэ + /7б) — начальный так базы; уб = 77,/Яэ + )7б) — коэффициент сбратной связи, хорошо известный по усилительным схемам. ПОдСтаВЛяя ИЗОбражЕНИЕ 1б(З) = 1б (0) — уб/к(Э) В (15-285) И ВЫражан таК 1„(э) через заряд Е7 (з) согласно (15-250), нетрудно получить изображение заряда. Затем, переходя к оригинаху Е7 (О и полагая () (Е() = Е;Е,р, находим время положительного фронта: т 1б (0) /б (О) — †"' " (1 + Втб) В Выражение (15-57) имеет две особенности: во-первых, постоянная времени перед логарифмом меньше, чыз т, и зависит ат схем нага паваметра уб, ва-втарых, так насыщения 1ю„является функцией отпирающега сигнала Еб, поскольку /к.„= (ń— 1/ ) лк, где потенциал Е/ . зависит от Еб.
В частности, если соблюдается условие (15-56), то 1к к < О. При этом из (15-57) следует: Я(0, т.е. положительный фронт формйруегся мгновенно. Физически вта понятно'. в таком режиме транзистор работает как двойной диод, т. е. инжекция через коллекторный переход наступает одновременно с инжекцней через эмнттерный переход; следовательно, накопление и з б ы т о ч н ы х носителей начинается сразу после подачи сигнала.
П р о це с с на к оп лени я происходит, как и в любам ключе, с постоянной времени т„, э время накопления определяется формулой (15-39). П р о це с с р асс а сын а н и и имеет ту специфику, чта поступление вапираквцего импульса ЬЕб сопровождается изменением не только базового тока, но и коллекторного тока насыщения. Это следует из пропорциональности величин Ь/к ° ЬЕ/ — ЬЕб. Легко убедиться, чта запирающий сигнал ЬЕб вызывает увеличен ие тока коллектора н соответственна граничного заряда ()гр. поэтому при тех же значениях 1бэ и ее (О) рассасывание в ключе-звезде происходит быстрее, чем в хлюче ОЭ.
Формирование отрицательного франта происходит в условиях меняющегаси тока базы. Тем же методом, который использован при выводе (15-57), можно получить: — гба+-у — Н+ ()уб) Гф ~ — 1п )+ рта тба (15-58) где 1„' „— ток насыщения и о с л е подачи запирающего сигнала. Формула (15-58) действительна только при достаточно слабом сигнале, когда динамичесиан отсечка играет сравнительно малую роль.
В противном случае времн Г~ будет меныпе, так как величину У' вужно заменить на 1,', „— )б (Я. 15-7. НЕНАСЫЩЕННЫЕ КЛЮЧИ Задержка отрицательного фронта, связанная с рассасываннем избыточного заряда, затрудняет работу многих нмпульснь1х схем„ Поэтому в свое времн. встала задача лнквндацнв такой задержки путем предотвращения насыщенного режима ключа. Казалось бы, самый простой путь — это ограничить величину отпнрающего сигнала (тока базы) на таком уровне, который недостаточен для насыщения.
Однако прантнческн, с учетом разброса параметров н других факторов, этот путь реализуется только в некоторых частных схемах (см. ниже «Тоновые ключи»). Попытки использовать днодную фнксац н ю коллекторного потенцнала на отрицательном уровне не дали желаемых результатов: несмотря на отсутствие на) 1 +Е~ сыщення, задержка отри- дательного фронта остаегся Рис. 15-24. Ключ с нелинейной обратной нз-за рассасывания заряда в диоде н даже может преп — пРостейший а«нахит; б — Рабатах «хама. ВЫШЗГЬ Задсржну В Наем щенном ключе П47), А»1алнз показал, что правильное решеняе состоит в фннсацнн колленторного потенциала не на постоянном уровне, а относительно потенциала управляющего электрода.
Такой способ получил название нелинейной обратной санни [147). Ключи с нелинейной обратной связью. Простейший вариант такой схемы показан на рнс. 15-24, а. Здесь источник смещення ЕФ играет вспомогательную роль: он призван скомпенсировать прямое падение напряжения на открытом диоде. Эта задача рассматрявается ниже.
Прн анализе схемы целесообразно считать источник смещения отсугствующнм, а диод н д е а л ь н ы м (прямое напряжение н прямое сопротивление равны нулю). Прн достаточно больших коллекторных напряжениях диод заперт н цепь обратной связи отключена. Отпирание диода проис- ходит тогда, когда с увеличением тока потенциал коллектора падает до напряжения (1з. Это условие можно записать в виде Е, — 1'17„= иб, где 1; — ток, соответствующий отпиранию диода '. Коллекторному току 1„' соответствует ток базы 1а (он легко определяется из соотношения (4-72)) и равный ему входной ток 1'. (15-59) К Поскольку диод принят идеальным, то после его отпирания напряжение Уе оказывается равным нулю независимо от дальнейшего увеличения в х од н о г о т о к а. Следовательно, инжекции через коллекторный переход не происходит, режим насыщения не имеет места и транзистор по-прежнему работает в активном режиме.
После отпирания диода последующие приращения входного тока складываются из приращений базового тока и тока диода: М=М,+1„ где Ы = 1 — 1' и Ыз — — 1з — 1б. Поскольку при открытой цепи обратной связи приращения Ы, идут практически полностью через низкоомную цепь диода (а не через сравнительно высокоомную цепь.)т„), можно считать 1 = М„= (1Мз. Тогда после некоторых преобразований получаем: М = 1д1сс. В частности, при входном токе 1, получаем соотношение 1т — 1' = 1„,1сс. (15-50) Теперь подадим на вход за пир ающий импульс М. Эготимпульс почти полностью пойдет в базу транзистора, так как сопротивление участка база — змиттер гораздо меньше сопротивления участка еднод — )7„» (в который, вообще говоря, могла бы ответвиться часть тока Л1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
