Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 112
Текст из файла (страница 112)
Пренебрегая малосущественным слагаемым, соответствующим интервалу отсечки, получим из условия Р ~ Р„„следующее общее выражение: Екав+а(гэссаеэс Г збгзнэс~ дсе ) У (Е 6 + +1 — 1(' (15-74) где Оф =(ф37'' Оввс =гивс77'. Рассмотрим типичные частные случаи. Пусть, например, 66 = 0 (практически зто означает 66 4 6„„(З(7эк7Е,Й; тогда и (" Г 4Р„„ ( эк) 6кэс Например, при й„с = 0,5; (7эк = 0.1 В; Рдел = 150 мВт; г = 150м изформулы (1Ь75а) получаем 1к.и ~ 140 мА. Лля бв„= 1 (стаинонарное насыщение) )к. н ~ 07 мА.
Пусть 6Ь вЂ” — 0,5, т. е. импульсы имеют треугольную форму без участков насыщения и отсечки; тогда, полагая а бюрмуле (15-74) вкэс-э0 и разлагая ивадратный корень в ряд, получаем: ОРд ук. в-~ Е ° (15.756) Например, если Ев = 10 В и Р „, = !50 мВт, то )в,к~ 90 мА. Как видим, втот случай накламнвает на ток (к,„ наиболее сйльное ограничение. На основании изложенного можно сделать следующие выводы: 1.
Допустимые токи в режиме переключения значительно по меньшей мере в б раз) больше, чем в усилительном режиме см. (15-75)1, 2. В ненасыщенных ключах допустимые токи меньше, чем в насьпцениых, особенно прн низких частотах переключения. 3. Рассеиваемая в транзисторе мощность увеличивается, а допустимый ток уменьшается с ростом частоты переключений. 4. Мощность, рассеиваемая в режиме отсечки, не имеет существенного значения, и ее можно не учитывать даже прн высокой температуре.
Глава ивввтаадцашаа СИММЕТРИЧНЫЙ ТРИГГЕР 16-!. ВВЕДЕНИЕ Структура симметричного транзисторного триггера (рис. 16-1) аналогична структуре лампового варианта 1162 †1). В триггере на рис. 16-1 использовано н е з а в н с и м о е смещение, которое в большинстве случаев оказывается предпочтительным. Однако возможны схемы с а в т о м а т и ч е с к и м смещением и даже без смещения -гв (см. 5 16-3). При анализе удобно исходить из условия, что закрытое состояние одного активного элемента обусловливает открытое состояние другого н наоборот.
Для определенности будем считать исходным состоянием триггера такое, в котором транзистор Та закрыт„ а 7', открыт, Поскольку схема симметрична, все соотношения действительны и для обратного состояния. В дальнейших рассуждени- ях подразумевается насыщенный режим транзистора. Добавление элементов нелинейной обратной связи (см. 5 16-7) не нарушает работы триггера, рассчитанного на насыщение. Строить же триггер так, чтобы в исходном состоянии открытый транзистор находился в активном режиме (без нелинейной обратной связи), не рекомендуется; в этом случае снижается помехоустойчивость схемы, а выходное напряжение и другие параметры будут существенно зависеть от изменений температуры.
16-2. СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ При анализе статического режима будем сначала считать насьяпенный транзистор точкой с нулевым потенциалом, а запертый транзистор — генератором тока 1„'а, действующим в цепи база— коллектор. Последняя аппроксимация основана на том, что ток эмиттера в режиме глубокой отсечки значительно меньше двух других токов а условие запирания будет иметь вцд: ев )' -б,+~...а, (16-5) Как видим, для кремниевых транзисторов сопротивление )тз нельзя выбрать независимо от сопротивления )1„ которое оценивается на следующем этапе расчетов. Неравенство (!6-3) остается в силе, (см. (15-1)1, поэтому эмиттерную цепь в таком режиме можно считать оборванной.
Тогда эквивалентную схему триггера в исходном состоянии можно представить так, как показано на рис. 16-2. Воспользуемся этой схемой для вывода условий запирания и насыщения транзисторов, а также для определения выходных величин и нагрузочной способности триггера. Условие запирания транзистора. Для того чтобы транзистор Та был закрыт, нужно обеспечить положительный потенциал (га при наиболее неблагоприятных условиях. Обозначим запирающий потенциал через (!ао и запишем его согласно рис. 16-2 в таком виде: йв и =Е + — (ва(!'! Рд.
(16-1) Полагая (4о~ О, приходим к условию зииираиил . гг ( — ' (16-2) зг ' а за гав которое с учетом допусков должно + б выполняться при минимальном рнс. !6-2. Эннннзлентная схема значении Еа и максимальном зна- триггера а исходном состоянии чении Рве. (транзнсгор Тг насыщен, транзнс- Обычно значение Еа бываег тор Тв занерт).
задано. Если же имеется возможность выбирать значение Еб, необходимо учитывать, что с точки зрения длительности фронтов, как будет показано ниже„нежелательно г л у б о к о е запирание транзисторов. Поэтому при расчете быстродействующих триггеров следует ориентироваться иа условие р,<Е, «- (О,2 —:О,3) Е„. (! 6-3) В случае кремниевых транзисторов током („а можно пренебречь, но зато приходится учитывать напряжение Егв, „на насыщенном транзисторе, которое нередко составляет 1 В и болыпе (см. 5 15-2). Если на рис.
16-2 учесть потенциал (!„т < О, то, как легко убедиться, (4е=Евр ',~ — )ио(ЩЕз) — (~вв.в~ '~> г (16-4) г+~в В случае дрейфовых транзисторов значение (7ан ограничено пробоем эмиттерного перехода. Если пробой нежелателен, следует либо ограничить напряжение смещения: (16-6) Еа((/нк,н(1 +ф. либо ввести диодную фиксацию потенциала базы на уровне, меньшем (7„р,н, либо включить последовательно с базой защитный диод (см. рис. 15-22). Условие насыщении транзистора. Базовый ток насыщенного транзистора состоит из двух компонентов: тока обратной связи, вытекающего чсрез сопротивление )~ы н тока, втекающего через сопротивление )гн.
Ток обратной связи легко записать, учитывая, что он обусловлен двумя источниками — генератором з. д. с. Е„ и генератором тока 1к,. В результате получаем: Ек — !кнйк Ек (ат = = Ен+Е„ (16-7а) Коллекторкый ток транзистора Т, тоже состоит из двух компонентов: основного нагрузочного тока, вытекающего через сопротивление )г„и паразитного тока обратной связи, втекающего через сопротивление К,. Вторым компонентом, равным (7нн/Яь вполне можно пренебречь, так как он на 1 — 2 порядка меньше первого.
Таким образом, 1 ~=-7„ Ек к кн к (16-76) Подставим выражения (16-7) в неравенство (15-7). Тогда последнее после некоторых преобразований можно записать в виде условия насыпан ил Г Р(1 — б) Ек7йн ~1+0 гк.н (16-8) в котором величину (16-8) назовем фаюлорол лтепловогояюкл. В случае кремниевых транзисторов можно считать б = О. Условие (16-8) должно выполняться при минимальных значениях 1гк, (3 и максимальном значении О.
Из (16-8) следует, что сопротивление 17, зависит в первую очередь от величины коллекторной нагрузки 17к. Последняя всегда известна в начале расчета: она выбирается исходя из желательной величины тока (к „согласно (16-7б). Если сопротивление Д оценивается из неравенства (16-2), то в неравенстве (16-8) велйчина )г фигурирует как заданная и выбор сопротивления Я, не представляет затруднений. Если же Рнс. 16-4. Симметричный триггер с нелинейной обратной связью. Рис. !6-3. Область допустимых значений Й, и Йз при их совместном выборе. Пунктиром показаны линии мзяаас для двух частных случаев. Легко заметить, что отличие схемы на рис.
16-4 от схемы на рис. 16-1 заключается в следующем: 1. Сопротивление 1тг разбито на две части, одна иэ которых (г) используется для получения э. д, с. фиксации (ср. с рис. !5-25). 2. Добавлены фиксируюшие диоды Д. Такое решение соответствует ключу на рис. 15-25, и сопротивление г выбирается из условия (15-47), где нужно положить )та = — )аз. Выходное напряжение и выходной ток. Выходным напряжением для схемы на рис. 16-1 нвляется тот п е р е п а д потенциала, который получается при переходе транзистора нз одного состояния в другое.
Если в режиме насьпцения можно принять (/„= О, то напряжение (7,м„будет близко к потенциалу У„запертого транзистора г. Из рис. 16-2 легко найти 5г„'а и, следовательно, (I,, в таком виде: У, „=ń—,' (1 — 6). (16-10а) 1+ н г В ряде случаев приближение Ггх, „= 0 недействительно; тогда выходное напряжение будет соответспжнно меньше приводимых ниже зйачений (!6-10). неравенство (16-2) недействительно (иапример, в случае кремниевых транзисторов), то сопротивления гта и гсх следует определять из системы двух неравенств (16-5) и (16-8).
С этой целью обозначим правые части неравенств соответственно через гчз„, и гч',„,„, и построим зависимости гсз„„, (Й,) и )тх„„„, (Йз) на одном и том же графике (рис. 16-3). Эти граничные кривые определяют область допустимых значений Йх и 1сз [160). В случае ненасьпценного триггера с нелинейной обратной связью выбор э. д. с. Еа и сопротивлении гс„ ггх, гс, производится гак же, как указано вьппе. После этого обратная связь осушествляется по схеме, показанной на рис. 16-4 (здесь для большей ясности принято несколько иное начертание схемы, чем на рис.
16-1). -Е Как видим, выходное напряжение несколько меньше напряжения питания, даже для кремниевых транзисторов, у которых б = = О. Если использовать (16-8) в качестве равенства и подставить соответствующее значение )тг в (16-10а), то выходное напряжение можно записать в виде (у и ~1 (б+ 1 + Еь!йъ') (16-106) Прниеденные опенки позволяют рекомендовать выбор напряжения питании из расчета Еа ж1,1 Еяы для насыщенных схем н Е„=1,2 ьгзмх — для ненасыщенных, где У„ы — заданная аелнчнна.
Разумеется з. д. с. Е„ограничена сверху допустимым коллекторным напряженнем транзистора т. Что касается минимального значения Е„, то оно ограничено следующими факторами. Во-перзых, с уменьшением коллекторного напряжения О» ухудшаются параметры и )а. Во.зторых, затрудняется аыполиение условий (16-3) н (1б-б), обеспечизающих крутые фронты. В-третьих, при Ея < 2 3 В проведенный анализ делается неточным, так как он основан на пренебрежении межзлектродными напряжениями насыщенного транзистора. Поэтому при нспользонанин транзисторов н обычных (не интегральных) схемах делают Ея > б -: 10 В.
В там случае, когда необходимое напряжение (Г,ы меньше этих значений, его отбирают с части сопрогии. пения Я„, если зто допустимо с точки зрения уровня потенциала (при непосредственной связи) и значения выходного сопротивления. Рабочий ток („„не должен, разумеется, превышать значения, допустимого в к л ю ч е в о м режиме (см. 2 15-7). Но и слишком малые значения тока нежелательны, а иногда недопустимы. Лейсгвительно, уменьшение тока сопровождается уменьшением сопротивлений )т„, а это затрудняег выполнение условия (16-33) и снижает максимальную рабочую частоту. Кроме того, при малом токе насьпцения, как видно из (16-8), уменьшается отношение )тг/й„, что согласно (16-10) приводит к уменьшению выходного напряжения. Поэтому типичные рабочие токи триггеров в случае маломощных высокочастотных транзисторов обычно лежат в пределах 2 — 5 мА. Необходимо отметить, что благодаря наличию сопротивлении обратной связи )тг через сопротивление )т'„при запертом состоянии транзистора протекает остаточный ток (16-11) К+ 1 который значительно превышает значение теплового тока и может составлять до 1 мА и выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
