Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 74
Текст из файла (страница 74)
После окончання нмпул« са е,„неосновные носнтелн в области базы постепенно рекомби ннруют, создавая ток в цепи нагрузки днода. Поэтому длнтел« 362 ность интервала оо — !о определяется как собственно параметрами диода, так и параметрами внешней цепи. При уменьшении сопротивления разряда оооо йоАооДР +)т ) длительность 4 — !о уменьшается. Иапряжение, присутствующее на диоде, после окончания импульса е„принято называть послеинжекционным. Прн большях частотах переключения на инерционные свойства полупроводниковых диодов начинают оказывать влияние емкость корпуса С, н индуктивность выводов й.. Для современных диодов С.
0,1...0,4 пФ, а й, 1...20 иГн. Поэтому этн параметры могут не учитываться вплоть до частот!ОО МГц. Приведенный анализ показывает, что инерционность полупроводникового диода является причиной искажений формы выходного напряжения диодного ключа, причем зти искажения тем существеннее, чем меньше длительность импульсов входного напряжения. !ВЗ. КЛЮЧИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Структура транзисторных ключей. В отличие от ключей на полупроводниковых диодах, ключи на транзисторах являются управляемыми, т. е.
нх статические характеристики определяются не ~качением н полярностью коммутируемого напряжения е... а значением управляющего сигнала е„„. В этом смысле для транзисторного ключа необходимо рассматривать две статические харак~еристкки: одну для включенного, а другую для выключенного оостояння транзистора. Следует отметить две основные особенности включенного состояния транзисторного ключа. 1. Включенное состояние ключа, как правило, соответствует работе биполярного транзистора в режиме насоио)ения.
В этом случае транзистор может быть заменен некоторым эквивалентным сопротивлением, которое зависит от его конструкции. Действительно, биполярный транзистор, работающий в режиме насыщения, представляет собой два встречновключеиных р-п.пеРехода (эмнттерный н коллекторный), каждый из которых смен!ен в прямом направлении. Для каждого нз этих р-п-переходов, представляющих собой диоды, справедлива кусочно-линейная аппроксимация его ВйХ.
Однако в связи с тем, что диоды включены встречно, напряжения Уао эмнттерного Уяооэ и коллекторного Улоок р-и-переходов взаимно компенсируют друг друга. Степень компенсации этих встречновключенных напряжений зависит от степени идентичности свойств рассматриваемых р-п-переходов. В реальных транзисторах нз-за конструкторско-технологической асимметрии эмиттерного и коллекторкого переходов не может быть застигнуто полной компенсации напряжений включения указан- зэз ных диодов. Однако, как показывает практика, в любом случае можно полагать Удоьэ+Удовк -+О. В связи с этим биполярный транзистор, работающий в режиме насыщения, для большинства практических случаев может быть замещен активным сопротивлением транзистора Я,., Заметим, что такое представление биполярного транзистора может быть использовано и при его работе в активном режиме.
Здесь эквивалентное сопротивление в основном определяется значением управляющего сигнала. Однако использование режима насыщения позволяет значительно улучшить статические параметры ключа. Объясняется это следующим. При использовании режима насыщения рабочая точка транзистора находится в начальной части его выходных ВЛХ (Укз- О). Особенностью этой части указанных характеристик является выполнение условия давка/д!к=!гччч= =сонэк Поэтому в данном случае параметры включенного состояния бипочярного транзистор» практически ие зависят от управляющего напряженна н изменение сигнала управления мало изменяет падение напряжения на включенном транзисторе.
2. Сопротивление Р„„для включенного транзистора, как правило, меньше аналогичного сопротивления диодного ключа. Это очевидно из приведенного описания взаимной компенсации напряжений р-п-переходов. Что касается выключенного состояния, соответствующего, как правило, режиму отсечки биполярного транзистора, то здесь свойства диодных и транзисторных ЭК примерно одинаковы. Указанные особенности приводят к тому, что ключ на биполярном транзисторе по своим свойствам ближе к идеальному по сравнению с диодным, Следует также отметить еще одну особенность ключей на биполярных транзисторах.
Так как их выходные ВАХ прн включении по схеме с общим эмиттером расположены в одном квадранте, то в практических схемах их используют прн неизменной полярности коммутируемого напряжения е„. Конкретная полярность е„ определяется типом проводимости используемого биполярного транзистора. В соответствие со сделанными замечаниями ниже приводятся схемы (рис. 10.10, а) н статические характеристики (рис. 10.!О,б,в) передачи транзисторных ключей, выполненных по последовательной и параллельной СК, При получении аналитических завнсимостей, характеризующих схемы рис. 10.!О, а, учитывалось, что эмиттерный и коллекторный переходы биполярного транзистора симметрнчяы и, поэтому ()лч вэ+ Удо вк =О.
Значения углов наклона приведенных характеристик легко найти из выражений (10.3) н (10.6), полученных ранее для диодных СК. ззл ее„тг Рнс. 1ОЛО. Последовательная и параллельная скеми коммутакин на бкютлнрном транзисторе (о) м соответствуюнгке статкческне характеркстккн передача для включенного 1б) и выключенного (в) состоянва транзистора При включенном транзисторном ключе: для последовательной СК а,„, = агс18 1+И + КадМв для параллельной СК 1 н,„, — агс1п 1+Дья (1Жаас+ 1Яч) (10 17) (1О 18) При выключенном транзисторном ключе: для последовательной СК камю = агстй 1+И яь+К н)1кя (10,19) д иязюгУкр ~~ Рнс )0.)).
Последовательная схема транзнсторносо ключа (а) н выхоянви ВАХ транзнстора яля схемы включения с обжим змнттером (б) для параллельной СК я„„„агсф ! (10.20 )+)Гвч())))вт )))Темах) ГДЕ Йвмха ЭКВИВВЛЕИТНОЕ СОПРОТИВЛЕИНЕ ТРВНЗНСТОРВ В ВЫХЛЮ" ченном состоянии. Работа биполярного транзистора в илючевом режиме. При построении траиэнсториых ключей наибольшее распространение получила схема включения с общим эмиттером.
Поэтому ниже рассмотрим особеиностя работы именно этой схемы. На рис. !0.11, а,б приведены последовательная схема ЭК иа биполярном транзисторе структуры л-р-и и семейство выходных характеристик биполярного транзистора соответственно. Проведем иа семействе выходных харзктеристнк нагрузочиую прямую, соответствующую выбранному значению сояротнвления )чв, Эта прямая отсечет иа оси абсцисс напряжение Гя, а на осн ординат в ток, равный ()я%к. Пересечение кривой Ока=О с на. грузочной прямой дает точку границы режима насыщения (точка Нс). Пересечение кривой )в =О с иагруэочной прямой дает точ. ку границы режима отсечки (точка Ог, рнс.
10.11, б). И соответствии со сказанным для работы в ключевом режима рабочая точка транзисторного каскада должна находиться лнбс левее точки Нс (режим насыщения), либо правее точки От (ре. жим отсечки). Нахождение между точками Нс и От допускается только ярн переключении транзистора из насыщенного состояния в состояние отсечки нли наоборот. Длительность нахождения трап. эистора в этой области для реального ЭК зависит от собственных частотных свойств транзистора. Поэтому именно эти свойства в большей степени и определяют предельное быстродействие реаль ной СК и, следовательно, возможность использования методов со. 386 временной микроэлектроники прн ее нзготовленни. Последнее зависит от мощности, выделяющейся в СК, которая прямо пропорциональна времени нахождения рабочей точки транзнстора в интервале Нс — От.
Рассмотрим особенности работы бннолярного транзистора в режиме насыщения. Как отмечалось ранее, режиму насыщения соответствует прямое смещение как эмнттерного, так и коллектор- ного переходов бнполярного транзнстора. Поэтому ток его базы равен сумме токов этих двух переходов и для транзистора выполняется неравенство аьнас)аКЖМЭ свара (10.21) где ра . — реальный базовый ток насыщенного транзистора (например„ток (ш на рис, 1ОЛ1, б), соответствующнй 0кэ н„;!В ср— базовый ток, соответствующий границе актнвного режима работы и режима насышення (Укв =О) — ток (вз на рис. 10.11,б. Превышение базового тока насыщенного транзистора над его граничным значеннем прннято характеризовать коэффициентом насигцснил а)нас ' аз нас!авар (10.22) Значение О.„обычно выбирается из следующих соображений: режим насышения должен обеспечиваться при заданном технологическом разбросе параметров реального биполярного транзистора с учетом зависимости этих параметров от внешних возмущающих воздействнй, нанример температуры; увелнченне Ув прнводнт к увеличению напряжения на прямосмещенном коллекторном переходе, что ведет к сннженню напряжения между выводамн коллектора н эмнттера, т.
е. снижает мошность, рассеиваемую в выходной цепи бнполярного транзнсгора; ЧРЕЗМЕРНОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ 1 Б нас ПРИВОДИТ К ЗНВЧНТЕЛЬНОМУ УВЕ личению мощности, рассенваемой во входной цепи ~ннолярного транзистора. Расчеты показывают, что оптимальным с точки зрения перещсленных требований является значение О... в диапазоне 1,5...2,0.
Для уяснения особенностей выключенного состояния биполярного транзнстора воспользуемся его ВАХ, приведеннымн на рнс. 10.!2. Онн отражают зависимости токов транзистора от нанряжения на эмнттериом переходе прн его обратном и прямом смещении. При этом прямое смещение рассматривается только в области малых уровней ннжекцнн. Из прнведенных характеристик видно, что коллекторный ток бнполярного транзистора принципиально не может быть меньше аиачення (ш. Прн этОм напряжению УБЭ=О сООтВетстВует ак на ~ Зат Рнс 1О 12 Начальный участок ВАХ бнлолнрното транзистора Рнс 1О.!3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
