Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 111
Текст из файла (страница 111)
Этот результат — независимость выходного тока и выходного напряжения от числа открытых транзисторов — обусловлен п о с т о я н с т в о м т о к а 1,, т. е. наличием токозадающей цепи Е,— й,— Д вЂ” Е,. В отсутствие такой цепи (прн зазеглленных эмитгерах) отпирание каждого траязистора сопровождалось бы дополнительными приращениями тока 1, н выходного потенциала (/„, т. е. непостоянством уровня (/о-„м„.
Логическая функция, выражающаяся в появлении логического нуля на выходе при любой комбинации логических. единиц на входе„ называется функцией ИЛИ вЂ” НЕ. Именно эту функцию выполняет схема ТЛЭС. Поскольку насыщение транзисторов и последующее рассасывание предотвращены условием (15-67), схема ТЛЭС (как при отпирании, так и при запирании транзисторов) работает в режиме обычного усилительного каскада ОЭ, а значит, ее инерционность характеризуется постоянной времени (7-41). Учитывая весьма боль- т Строго говори, при отпирании транзистора ток 1е несколько меняется, таккак ! 1/' ! > ! 1/ !.Однако если неРавенство! 1/ и ! >Е, неочеиь сильное и есчи Ез > ! 1/з ! (оба Условии выполнаютса на пРактике), то изменением тока 1е можно пРенебРечь. Кстати, в огсУтсгеие источника литвина Ее неизменность тока 1е можно обеспечить только путем существенного повышения напряжений Е, и Е„.
* Собственно из такого перераспределения тока 1е и проистекают названия атоковые пеРеключателю или атоковые ключик один н тот иге исходныа ток 1е «переключается» из цепи Ез — Д через один илн несколько транзисторов на выход схнчы, шое значение сопротивления )са в пепи змиттера, можно считать Та = 1. Тогда согласно (7-41б) для одного транзистора (15-68а) т,=т„+С„)с„. Если одновременно переключаются и транзисторов, их можно считать включенными параллельно и вместо (15-68а) получится более общее выражение: (15-68б) г,=т +пС)тю С физической точки зрения увеличение второго слагаемого объясняется тем, что один и тот же ток Тэ заряжает и емкостей С„'.
Если же переключается только один транзистор, то емкость остальных («бездействующих») составляет (и — 1) С„. Даже при и = =- 5 —: 10 зто значение обычно в несколько раз меньше Сз и может не учитываться. Как видим, схема ТЛЗС в принципе обладает исключительно высоким быстродейсгвием. Однако, чтобы реализовать зту возможность, нужно использовать достаточно малые значения )с„(обычно менее 1 кОм).
Одно временно приходится использовать достаточно большие значения тока, с тем чтобы обеспечить приемлемые значения так называеьюго логического перепада (15-69) Увеличение тока сопровождается повышением напряжения Е, и ростом потребляемой мощности х. В итоге логические перепады все же получаются малыми, обычно менее 1 В, что приводит к низкой помехоустойчивости. Основяым недостатка««простейшей схемы ТЛЗС является принципиальное различие однотипных логических уровней (единиц или нулей) на входе и на выходе: выходные уровни больше (по модулю) входных (см. (10.07)1.
Такое различие исключает возможносп работы логических элементов «друг на друга» в цепочке, что необходимо для большинства цифровых устройств. Указанный недостаток устранен в более сложном варианте ТЛЭС (рис. 15-26) с помощью выходного повторителя Тз. Не меняя величины логического перепада повторитель уменьшает оба выходных уровня на величину напряжения Иэз в тРанзистоРе Тэ. Напомним, что ДлЯ кРемниевых тРанзистоРов значение Г7«З составляет около 0,7 В. Если такого смещения уровней недостаточно для «выравнивания» соответствующих выходных н входных потенциалов, используют в повторителе составной транзисгор (пару Дарлингтона, см. $ 4-10) или/н включают последовательно с эмиттером диод в прямом направлении.
Применение повторителя помимо решения главной задачи обеспечивает существенное уменьшение выходного сопротивления, т. е. повьяпение нагрузочной способности схемы. Замена резисюра )7р на транзистор То играющий роль динамической нагрузки (см. рис.
9ЛО), обеспечивает, во-первых, отсутствие источника питания Еа з Уменьшать сопротивление )7« с целью увеличить ток нежелательно, так как при эчом козффициенс тз может стать сущесгвенно меньше единицы и тогда возрастет постоянная времени т 1ср. (15-08) и (7 4)б)1. н, во-вторых, повышение стабильности тока 1о, что очень важно для сохранения неравенства ()6-67) в диапазоне температур '. Замена диода Д на змиттерный переход транзистора Т» непринципиальна, однако она повышает логические возможности схемы: с коллектора Т» снимается сигнал «!» при поступлении «1» иа любую комбинацию входов, т. е.
выполняется логическая функция ИЛИ. Повторитель Т«выполняет ту же функцию, что и Та. Итак, на примере ТЛВС мы проиллюстрировали возможность использования ненасыщенных транзисторных ключей без пелл и н е й н о й о б р а т н о й с в я з и. Такая возможность имеется и, как было показано, Ео позволяет достигнуть рекордного быстродей- х стеня.
Однако использо- гг вон ив ключей 7'г7ЗС ® свюано с павыиюн ной йхов1 внове потребляемой мои!но. вылов стью„малыми перепада- 11л 11Е Т ИЛИ-НЕ Е» Выход или ми напряжения, а также с необходимоопью обес- йм йг й»о т„ печивать достаточною Ео' стабильность рабочих 1,~ Л, потенциалов.
Последнее, как правило, приводит к усложнению схемы. рж, )6-26, Рабочая схема ТЛЗС с выровнен. Поэтому кенасьцценные нымн логическими уровнямн на в~оде и выключи (в схемах ТЛЗС) ходе. получили особое распространение лишь в микроэлектронике, где прежнее понятие «сложности» благодаря технологической интеграции качественно изменилось. Современные схемы ТЛЭС в интегральном исполнении характеризуются временами переключения 1 — 2 нс, логическими перепадами 0,5 — 0,7 В, потребляемой ьющностью в десятки милливатт. 46-8.
МОЩНОСТЬ, РАССЕИВАЕМАЯ ТРАНЗИСТОРОМ В КЛЮЧЕВОМ РЕЖИМЕ Режим отсечки характеризуется малыми токами при значительных напряжениях, а режим насыщения, наоборот, малыми напряжениями при больших токах. Последнее сочетание относится и к ненасыщенным ключам. Очевидно, что мощности, рассеиваемые транзистором в двух о с н о в н ы х состояниях ключа, меньше, ' В о » ~ о, о, ()6-64) в той или иной степени влияет на ток 1о, тогда как в схеме на рис. !6-26 тох 1, практически не зависят от коллекторного напряжения транзисюра Т«. Что касается не по« редс твен ного влияния температуры на ток 1„, то его при необходимости можно скомпенсировать методами, рассмотренными вй )3-4.
чем в активном режиме. Отсюда следует, что рабочий то«в «иочл может значигпельно нрквьннагпь ток, допуспгммый в усилительном каскаде. Такой вывод в общем справедлив и подтверждается справочными данными. Однако при решении вопроса о допустимых 'токах в ключе не следует забывать о мощности, рассеиваемой при формировании фронтов, когда транзистор временно находится в активном режиме. При большой частоте переключений эта мощность играет существенную, а иногда определяющую роль. Оценим мощности во всех трех режимах ключа ОЭ. В режиме отсечки ток коллектора равен 1„и примерно на порядок превышает ток эмиттера.
Напряжение на коллекторном переходе составляет Е„+ Ек и обычно в несколько раз больше напряжения Ек на эмиттерном переходе. Таким образом, в режиме отсечки мощность определяется к о л л е к т о р н о й цепью и, если Ек с, Е„, составляет: Росс Ек)ко.
(15-70) Например, при 1„, = 5 мкА; Е, = 10 В получается Р, = 0,05 мВт. В режиме насыщения напряжение (7„положительно, но меныпе ()„Ток 1„по-прежнему в ы т е к а е т из коллектора. Это соответствует поглощению мощности на коллекторном переходе и выделени1о — на эмиттерном. Результирующая мощность будет равна: (15-71) Здесь принято 7, — 1„„, а омические потери объединены в одном члене 1'„,г, где г — эквивалентное сопротивление, которое можно оценить по формуле 7к.нг = Рога+ Рг ьа+ 1к.кгкк. Практически у сплавных транзисторов г = 2 — 20 Ом, а у планарно-эпитаксиальных г = 10 — 100 Ом.
Например, если (l,„= 0,1 В; 1„, = 5 мА и г = 15 Ом, то Р„„= 1,1 мВт. Заметим, что в данном случае мощность выделяется в основном на эмиттерном переходе'. В ненасыщенных ключах напряжение (7,„больше, чем в насыщенных, н зависит от э, д. с Фиксации Еь (см.
рис. 15-24, а). Соответственно больше будет и значение Р„ . Вовремя формирования фронтов примем иаменения коллекторного гока и напри~кения линейными, а длительности обоих фронтов — одинаковыми. Тогда мгновенная мощность, рассеиваемая в коллекторном переходе, будет нмегь внд: гl Р =Гкн =Еку. — ~1 — — /. к к кк) '( г/ ° Ф Ф к У дрейфовых транзисторов, характерных большим сопротивлением коллекторного слоя (см. с. 467), основная мощность может выделяться па сопротив. ленин гкк Интегрируя функпню рв в пределах от 0 до !4в деля иа период перенлючення Т и уднаивая результат, получаем среднюю мощность за время обоии переключений (прнмого и обратного): Евук.
в 2(Ь Рз, 6 Т (15-72) Например, при Ек= 10 В; гк нсе 5мА; ГЬ7Т= 0,05 получается Рь ив 0,85 мвт. Обозначая через 1, и 1, время нахождения ключа в состояниях отсечки и насьпцения и используя выражения (15-70) — (15-72), запишем полную мощность, рассеиваемую в ключе: Эта мощность, конечно, не должна превышать допустимое значение Р, для данного типа транзистора. При этом в зависимости от частоты и скважности управляющего сигнала получаются различные значения допустимого тока коллектора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
