Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 75
Текст из файла (страница 75)
л'пранлпюнтак цепь транзисторного ключа =ткейа|эт т. е. при Узэ =О в коллекторной цепи транзистора протекает некоторый начальный ток, который в йнэт раз большет'ко, где Ьмэг — коэффициент передачи тока для инверсного включения транзистора, Обычно Ьззэг в 2...3 раза меньше коэффициента передачи для нормального включения (ймэи ). Однако, учитывая реально существующую зависимость Ьмэ =тр(гк) прн Уьэ= =О, можно считать Ьз~эг "йз1эи =ймэ При проектировании импульсных и цифровых ЭУ принято счи.
тать, что транзистор выключен, если выполняется условке гк<;0.1гк . (10.23) что соответствует смещению эмигтерного перехода в прямом направленик меньшеыу некоторого порогового напряжения Узэ .р (рис. 10.12). Поэтому на практике и зависимости от реального напряжения на эмнттерном переходе различают две разновидности выключенного состояния биполярного транзистора: режим глубокой отсечки, характеризующийся тем, что эмиттерный переход внешним источником смещен в обратном направлении, (Узэ <0), а ток базы транзистора равен току обратносмещенного коллекторного перехода. т.
е. /з= — т к ', режим пассивного запнраиия, характеризующийся неравенством 0 ~с Увэ ~ Унз нор (10.24) Очевидно, что при пассивном запиранин мощность, рассеиваемая в биполярном транзисторе больше, чем в режиме глубокой отсечки. заа Следует отметить, что для обеспечения режима глубокой отсечки важно не только наличие в цепи эмиттериого перехода запирающего ис1очника. Важно также значение сопротивления управляющего резистора Яу, включенного во входную (управляющую) цепь биполярного транзистора (рис. 10.13). Ток /» создаег на этом резисторе падение напряжения Ку/» .
Поэтому непосредственно к эмиттерному переходу прикладывается разность напряжения запирающего источника ((/...) и падения напряжения на резисторе Яу, т. е. (/вэ»ьь ӻ໠— /»Яу. Для обеспечения режима глубокой отсечки сопротивление (т, должно удовлетворять неравенству /» ~ (/м»//Ка (!0.25) Для режима пассивного запнраиия приближенно сопротивление Йу можно определить из неравенства Йу» (/ьэ»цр//КО' (! 0.26) Причинами переходных процессов, возникающих в схеме транзисторного ключа при переключении, так же, как и в схемах с полупроводниковыми диодами, являются процессы, связанные с изменением пространственного заряда иеосновных носителей в области базы и процессы, связанные с перезарядом барьерных емкостей.
Для схемы ключа рис. 10.10, а указанные процессы определяются изменением тока базы биполярного транзистора. В установившемся режиме ток базы транзистора определяется только рекомбинацией неосновных носителей заряда. В переходном режиме к этому току добавляются составляющие, связанные с изменением пространственного заряда и перезарядом барьерных емкостей эмиттерного (!э) и коллекторного (!») переходов. Таким образом, уравнение, описывающее зависимость тока базы от параметров биполярного транзистора в общем случае, имеет вид Сэ(~Й/ьз/о/) + Ск (Н/ьк/~//) + ~ЖвЮ + Яь/ть = /ь 110.27) где 9ь/~ь — рекомбииационная составляющая, равная отношению пространственного заряда области базы к времени жизни иеосновных носителей ть', Щь/Ш вЂ” составляющая, связанная с изменением пространственного заряда.
Обычно Сэ(г/(/ьэЩ<<С»(И/ьк/г//), что связано, во-первых, с несимметричностью структуры биполярного транзистора и, вовторых, с меньшими изменениями иьэ по сравнению с иьк. Поэтому, не внося значительную погрешность, выражение (10.27) можно переписать в виде Ск (ИиькФХ) + И(Рь/мй + (чь ~ть = /Б (10.28) По форме это уравнение аналогично уравнению (10.7), описываю- 369 Рис. !Оде. Временные Хва граммы включения Эяяоляр. ного транзисторе: е — уврвианннаее иааримевие; б — нмн манне ве еивттернои вереноие: е-а ° невторвмв ом", е — ваврнжеиве нона тор — еинттер д щему динамические свойств полупроводникового диода.
Г! этому следует предполага~ что и процессы в биполярно транзисторе будут, в осиовно~ повторять процессы в диоде. тянрр Процессы включения бипо в лярного транзнсторж Предии ложнм, что биполярный трап. Ф знстор (см, рнс. (0,((,а) пер оер воначэлыю при еч.то находился в состоянии глубокой осечки (Увэ Уу".) и в момент ! =Го иа управляющем вхол г, г, гг г, ." ключа сформирован полож» тельный перепад напряженн амплитудой У„=Урне +Уу, н нулевой длительностью фронта.
Тогда переходный процес при включении транзистора можно разбить иа три интервал (рИС. !0.)4): ИНтЕрааЛ ЗадЕржКИ (Г„в); ИНтЕрнаЛ фОРМнрОВаин фронта коллекторного тока ((э); интервал накопления избыточ ного заряда в базе (гн,„). На интервале задержки включения происходит перезарид баре ерной емкости эмнттерного перехода биполярного транзистора о напряжения Уез ° до Уев,р. Особенностью этого интервала я1 ляется малое изменение коллекториого тока биполярного транзнг тора, который фактически переходит ич режима глубокой отсечк ~ в режим пассивного запирания. Поэтому длительность этого ин тервала не зависит от процессов изменения объемного заряда ба зы. Длительность задержки можно определить пз решения диф фереицнального уравнения для входной цепи транзистора иез У„„— (У„„„— Уа„,„)ехр( — Г,т,), ()0.29! где т, ° (Сэ+Ск)(гу — постоянная времени входной цепи для нн тервала задержки.
Решив уравнение ((0.29) относительно г при иез (!) =Уяэ получаем ~„, =; (н((У„в„— У„„,)!(У„, — У„„„)). ((0.Ю) Следует подчеркнуть, что в выражениях (10.29) и (Ю.ЗО) необходимо учитывать реальные знаки напряжений. Очевидно, что этот этап при пассивном запирании биполярно- 1О траНЗИСтОра ОтеутетВуЕт, таК КаК (сзз н ПрИМЕрНО раВНО (свз ннш !)нтервал формирования арроита коллекториого тока определясгся как процессом перезаряда барьерной емкости коллекториого перехода, таь и процессом накоплении неосиовных носителей заряда в области базы. При этом для дрейфовых транзисторов не»бходимо учитывать оба эти процесса. Для бездрейфовых транснсторов определяющим является процесс накопления заряда. Рассмотрим сначала процессы, связанные только с изменением базового заряда, положив Ск — -О. Тогда уравнение (10.28) бу11Ет ИМЕТЬ ПИД 1 ОБФ1 + ЯБ!ТБ = 2 Б нас.
(10.3! ) Решая (Ю.З() с учетом того. что ЯБ (( аа) ° 0 и /Бна, = а Н нас/сс21З, ИОЛУЧБЕМ ОБ (~) = 2Б н 2 [1 — ЕХр (- - Г( Д. (10.32) Переходный процесс закончится в момент, когда заряд, накопленный в базе, достигнет граничного значения, определяемого заБанным током коллектора (хаас=ОБсттв. Тогда из (1032) полу. чиа1 выражение для определения длительности фронта коллектор- ного тона ГБ= -,!п (10.33) Б юа" Гхаа. С2СЗ сде тв =12з:а(2п( — время жизни неосновных носителей в области базы.
Выражение (10.33) справедливо для бездрейфовых транзисторов. Для дрейфовых транзисторов влияние С. можно учесть, вве- 21Б в (Ю.ЗЗ) ) точненно» значение постоянной времени 2' =- С + СаС2СЭСКСсгнн. (10.34) Относительно нагрузки процесс включения биполярного транастора к моменту а=12 практически можно считать завершенным. Дальнейшие процессы, протекающие в транзисторе, практически не влияют на его коллекториый ток. Однако переходный процесс собственно в транзисторе в момент Г2 не заканчивается, т. е. реальный ток базы болшпе тока 2'кн„/а21з н в области базы продолжается процесс накопления избыточного заряда.
Этот процесс за. ИЕрщптея В МОМЕНТ, КОГда Заряд баЗЫ ЛОСтнГИЕт ЗИБЧЕНИя Явна = ' )внастнан, где тнан постовннак БРе11ени накопления. Физнчес- 1,1с этот процесс проявляется в некотором уменьшении иапряже- 391 ння между выводами змнттера и коллектора, что связано с модуляцией сопротивления области базы. Процесс накопления завершится за время (нак ~ ( - З) анан. (10.35) Соотношение между настоянными времени тв и т... определяется технологией изготовления реальных транзисторов, Так, для бездрейфовых (сплавиых) транзисторов тн тс .„Для современных дрейфовых планарных транзисторов тн>т ° . Процессы выключения биполярного транзистора. Предполо. жим, что биполярный транзистор первоначально находился в состояйни насыщения и в момент (=те на управляющем входе ключа сформирован отрицательный перепад напряжения с нулевой длительностью среза. Тогда переходный процесс прн выключение транзистора можно разбить на три интервала (рнс.
10.15): интервал (1~ — 1е) рассасывания избыточного базового заряд~ (Ьрае); интервал (ге — 1~) формирования спада коллекториого тока (йен)1 Рнс. 10.15. Временные анаграммы вмкамченнн бнналнрного трааанстора: а-унраеенмееее наарнженне. "6-ток коааектора; а-нанрнмеаее коннектор анкетке е — ток ааам интервал (12 †/2) установления стационарного запертого состояния (густ).
На интервале рассасывания избыточного заряда из области базы, который начинается сразу же после смены полярности управляющего напряженна и, следовательно, смены направления протекания тока базы (момент 1п на рнс. 10.!5) происходит уменьШение ОбъемиогО за)уЯда базы с 21внзс =1Б нас тнап до (1всрап =1к настпзп/йтю. На этом интервале, относительно нагрузки, биполярный транзистор продолжает находиться во включенном состоянии, так как его коллекториый ток практически постоянен. Поэтому интервал 1рас определяет задержку выключения биполярного транзистора.
На этом интервале напряжения иа всех переходах (как для дрейфовых, так и бездрейфовых транзисторов) остаются постоянными, Следовательно, длительность гр„может быть найдена из (10.31) с учетом того, что та тпап агз ( 10.36) 1К пэс~ 2!Э Б зап Где Л1Б 1Б пас 1аэап — ПОРЕИБД баэовото тока; 1Бзап "' (1/сап+ +Увэ)/(Ну+Уз) — запиРающий ток биполЯРного тРанзистоРа; гв — сопротивление базы транзистора. Отметим, что в (Ю.36) так же, как и в последующих выражения, необходимо учитывать реальные знаки токов н напряжений. Следует отметить, что выражение (10.36) аналогично выражению для времени рассасывания полупроводникового диода. Это объясняется тем, что времена рассасывания как для полупроводникового диода, так и для транзистора определяются решением одного и того же уравнения диффузии (Ю,З! ) прп одних и тех же начальных условиях, Действительно, для полупроводникового диода согласно выраженшо (10.13) имеем Грэс д=пэ 1п (1 + 1п /1пзр)=2 1п 1(1пр + 1срр)//прр) — с Ю нз/д/1срр (10 37) В выражениях (Ю,36) и (10,37) !к пас//заза — 1Б, и 1 пр отражают одну и ту же физическую величину.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
