Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 110
Текст из файла (страница 110)
Под действием запирающего импульса ток коллектора начинает уменьшаться. Поскольку диод остается пока открытым, приращения Л!„по-прежнему цдут через диод в цепь базы и накладываются на исходный импульс Ы, поэтому ток базы постепенно начинает уменьшаться. В операторном виде можно записать: Ыз (з) = Ы вЂ” р (з) Мз (з); Л1д (3) =.р ($) Мб (з). з Ток 1„' является аналогия тока У„„в насыщенном ключе: в обоих случаях — зто ток в нагрузке при открытом состоянии ключа. Количественное различие в значениях 1„' и 1 обусловлено различиеинапряхгеннй Уз и (/„, (си. (1б-бб)). Первое составляет О,б — 1,0 В, а второе 0,1 — О,б В (в зависимости от типа транзистора), Отсюда нетрудно получить изображение Л)л (з) = а (з) Л1. Вычитая оригинал этого изображения из начального значения 7»х (см.
(15-60)1, получаем на участке запирания функцию 1х(1) =а[(ух — Е) — Л111 — е~гЧ1 (15-61) Время задержки отрицательного фронта 1, соответствует моменту запирания диода, когда цепь обратной связи отключается и выходное напряжение начинает возрастать до величины Е„. Полагая 1» (1,) = О, из (15-61) получаем: Лг' 1» та)н,у (г г) ° (15-62) Легко убедиться, что прн условии Л1 ) 1,6 (1, — Е) время задержки будет меньше т, т. е. практически им можно пренебречь. Физические прнчнны резкого уменьшения задержка в ключе с нелннейной обратной связью по сравнению с насыщенным ключом сводятся к следующему.
Граничный заряд Я р в обоих случаях прантнческн одинаков, так как разлнчве между токами Ун н н У„' обычно несущественно. Однако начальный заряд 0 (О) прн одном н том же входном токе значнтельно меньше в ключе с нелинейной обрат. ной„связью, поскольку ток базы меныпе входного тока. Кроме того, в ключе с нелннейпой обратной связью запнрающнй входной ток базы оказывается больше, чем в насыщенном ключа К сожалению, ненасыщенный ключ имеет и отрицательные свойства, которые обусловлены работой транзистора в активном режиме. Так, напряжение (/„, на открытом ключе больше, чем в насыщенном режиме, и составляет 0,5 В н более, Кроме того, входное сопротивление ненасыщенного ключа сравнительно велико: оно определяется формулой (7-2).
Поэтому, в частности, скачки напряжения ЛЕ, проходят через диод на базу и дают кратковременные «пики» на базе и коллекторе; величина этих «пиков» определяется соотношением сопротивлений Ию н гг„„образующих плечи делителя напряжения. В результате ненасыщенный ключ оказывается более чувствительным к наводкам в цепи питания, т. е. обладает меньшей помехоустойчивостью. Если диод не идеальный (как считалось до снх пор), т. е. если (гх ~ О, то в открытом состоянии ключа на коллекторном переходе будет п р я и о е смещение, равное (l .
Значит, т р а н з и с т о р будет находиться в режиме насыщения. Чтобы этого избежать, включают, как уже отмечалось, источник смещения Ео = У, (рис. 15-24, а). Тогда схема работает так же, как описано выше, за исключением того, что цепь обратной связи включается не сразу и не при Ух = (га, а постепенно (в соответствии с ВАХ диода), начиная с У, = Е . Конечно, схема на рнс. 15-24, а не является рабочей, тан как использование вез аз ем л е н н ого источника Ей» тем более в виде гарьваннческой батарея, прантнческн непрнемлемо. В реальных случаях смешенне Ей получают аа счет падения напряженна на сопротивлении от того нлн иного тока.
Пример такой схемы показан на ркс. 15-24, б. В отсутствие входного тока потенцнал базы блнзок к +Еб н транзистор заперт. Отпирание его происходит прн входном токе 1= Еб 1Е« когда Уб — — О. Цепь обратной связи вступает в дейсгаке прк Уа = 11а, т. е. когда Е,— 1:Я„= ~~ — + — ).+11,. 1Е« 1а 1 Аб Р Отсюда легко получить ток 1„', а затем ток 1б н снсщсннв ЕЕ (1б+ — — ~ г. Еб 1 б Сопротивление г целесообразно выбирать таким, чтобы значение Ее несколько превышало макснмзльное падение напрюкення на диоде прн входном токе 1,. Такой расчет прнводят к условию х.
аа«с 115-63) Е„Еб — +-— 611х Еб В тех схемах, где не требуется начальное запнраннетранзнстора, цепь Еб, кб может быть устранена. В закл«очение заметим, что истинная задержка в ненасыщенном ключе соответствует формуле (15-62) только в том случае, когда времена рассасывания и восстановления диода (см. 5 2-9) ничтожно малы. В противном случае задержка обычно определяется инерционностью диода, даже при условии й1 . 1, — 1' (см. (15-62)).
До последнего времени это обстоятельство ограничивало возможности ненасьцценных ключей в наносекундном диапазоне. В настоящее время в качестве диодов, включаемых в цепь обратной связи ключа (особенно в интегральных схемах), используются диоды Шоттки (см. 5 3-4), у которых отсутствует накопление, а значит, и рассасывание неосновиых носителей в базе.
Поэтому ненасьцценные ключи с диодами Шоттки полностью описываются приведенными выше формулами и обладают максимальным быстродействием. Ключи с диодами Шоттки в цепи нелинейной обратной связи называюттранзисторои Шогптки. Вслучае кремииевыхтранзисторов относительно малые прямые напряжения диодов Шогткн (0,3 — 0„5 В по сравнению с 0,7 — 0,8 В на переходах) позволяют исключить источник смещения Е„, так как при прямом напрязкении 0,3 — 0,6 В на коллекторном переходе инжекция практически отсутствует и насыщения не наступает. Токовые ключи. Термин «токовый ключ» (на наш взгляд, неудачный) относится к одному из важнейших типов как называемых логических алелгентоз (или логических еентилей), составляющих основу современных цифровых устройств, прежде всего ЭВМ.
Все типы логических элементов И60, 161) представляют собой совокупность транзисторных ключей, выполняющих ту или иную логическую функцию. Используя классификацию логических элементов по «типам логик», будем называть токовые ключи схемами ТЛЭС (транзисторная логика с эмиттерной связью).
Из всех типов логик ТЛЭС вЂ” единственная, в которой используется н е н а с ы щ е ни ы й режим транзисторов, обеспечиваемый путем простого огра- ничения уровней сигнала, без нелинейной обратной связи. Именно поэтому как пример и а р а м е т р и ч е с к и (а не схемотехнически) ненасыщенных ключей мы рассматриваем схемы ТЛЭС в данном параграфе. Простейшая схема ТЛЭС показана на рис. !5-25.
Ее характерным элементом является общий резистор Й„ к которому присоединены эмитгеры всех транзисгоров (на рис. 15-25 количество транзисторов для простоты ограничено двумя). Коллекторный резистор )с„ также общий, но это не специфично хи~ ли для ТЛЭС и имеет место в других типах логик. Общая эмиттерная точка связана через диод Д с источником смещения — Е„ потенциТл ~» ал которого меньше (по модулю) потенциала источника питании ЮхаВУ ВхоВ — Е«. Резистор )ге питается от осо- бого источника питания +Е, по- 3.
А В» ложительной полярности. Наличие этого источника не обязательно, но, как увидим, облегчает построение схемы. В цепях баз отсутствуют ~« резисторы, т. е. ключи Т, и Тз упри«. 1б-хб. простейшая схема равляются н а п р я же н и я ми т, ТЛЗС. Схема работает следующим образом '. В начальном состоянии транзисторы заперты и ток уо протекает через диод Д к зажиму — Е,. Значение тока легко оценить из выражения (15-54) где в начальном состоянии (/,= — Е,+«1,~0 (15-65) («1х — прямое падение напряжения на диоде). Для того чтобы транзисторы были действительно заперты, нУжно на входы подать достаточно малый (по модУл»о) сигнал (l„о,„, удовлетворяющий условию ! (»„о.„„! < ! (l, й Тогда на выходе схемы потенциал будет иметь максимальное (по модулю) значение 1/„1.
„близкое к Е„. «Конечно, при необходимости можно внутреннее сопротивление источника сигнала н собственное сопротивление базы рассматривать как аквивалент внешнего резистора и пересчитывать входное напряжение в ток базы. «В дальнейшем применяются индексы «О» и «1», которые по терминологии логических влементов означают соответственно «уровень логического нулю и «уровень логической единицы» на входе или на выходе. Учитывая отрицательную полярность рабочих сигналов в рассматриваемой схеме.
будем оперировать м о д у л я м и уровней, т, е, считать уровень «1а больше уровня «О». Если теперь на один из входов подать достаточно большой сигнал (/„и„, удовлетворяющий условию ! (/„и,„! > Е„то соответствующий транзистор откроется и потенциал в общей эмиттерной точке будет иметь величину (/Л"ах+~ ае (! 5-66) При этом напряжение на диоде составляет ((/; + Е,) < (/,а, т, е. будет в зависимости от силы неравенства !(/,.„! > Е, либо отрицательным, либо небольшим положительным, но недостаточным для протекания сколько-нибудь заметного тока. Таким образом, при открьпом транзисторе диод Д может считаться запертым. Поэтому ток /е вместо диода пойдет через открытый транзистор ' и далее через резистор й„. Потенциал на выходе уменьшится до величины (/„= ń— 1,й„= ! (/.а,, ! Для того чтобы избежать насыщения, нужно выполнить неравенство ! (/„! > ! (/е !, т.
е. выбрать сопротивление й„из условия ((/,о.„,„!=ń— /ой„)!(/ ы,„!. (15-67) Если сигнал (/„и„, подается на оба входа, режим схемы почти не отличается от предйдущего, так как напряжение (/,е слабо зависит от тока, а значит, выражение (15-66) практически не изменится. В данном случае ток /а поделится между обоими открытыми транзисторами ', а выходной потенциал (/.о-, „останется таким же, как и при одном открытом транзисторе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
