Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Этап спада тока. Спад тока коллектора наблюдается после выхода транзистора из режима насыщения. Этот процесс описывается уравнением (2.4), в левой части которого I_Б⁺ следует заменить на значение I_Б^–. Решая уравнение при начальных условиях (t = 0, I_К = I_КН), получим

I_К (t) = I_КН - ₀ (I_БН- I_Б^–) (l - exp(-t/_ОЭ)). (2.16)

Если конечное значение базового тока I_Б^– = (Е_Г^– - U*)/R_Г < 0 (этот случай показан на рис. 2.3, б), то ток I_К спадает до 0 и время спада t_Ф^- можно найти из соотношения (2.16), полагая в нем t = t_Ф^-, I_К(t_Ф^-) = 0

t_Ф^- = _ОЭ ln ((I_БН- I_Б^–) / (- I_Б^–)). (2.17)

Подчеркнем, что формула (2.17) “работает” лишь для I_Б^– < 0!

Напряжение на коллекторе транзистора в течение времени t_Ф^- (это время часто обозначают как t^0-1), нарастает до значения U_К = E_К (рис. 2.3, г).

Рассмотрим другой крайний случай, когда емкость С_Н велика. Емкость С_Н велика так, что время перезарядки этой емкости существенно больше времени включения и выключения транзистора. В этом случае можно считать, что транзистор включается и выключается мгновенно. Допустим, что в исходном состоянии транзистор заперт. На выходе сформирован высокий уровень потенциала, и емкость C_Н заряжена до напряжения E_К. При подаче на вход ключа отпирающего сигнала E_Г⁺ транзистор через время задержки (t_ЗД) откроется, и в цепи коллектора установится ток ₀I_Б⁺. Поскольку напряжение на емкости С_Н мгновенно измениться не может, рабочая точка на семействе выходных характеристик (рис. 2. 5, а) переместится вертикально вверх, и емкость С_Н будет разряжаться постоянным током ₀I_Б⁺.

Схема замещения, соответствующая этому процессу, дана на рис. 2.5, б, и переходной процесс описывается выражением, построенным на основе баланса токов в коллекторном узле схемы

(E_К – U_ВЫХ) / R_К = С_Н (d U_ВЫХ / d t) + ₀I_Б⁺. (2.18)

Решением уравнения (2.18) является выражение

U_ВЫХ = E_К - ₀I_Б⁺R_К (1 – exp(- t / )), (2.19)

где  = C_НR_К.

Из (2.19) следует, что если ₀I_Б⁺E_К/R_К, то переходной процесс займет время t << . При этом экспоненту ехр (- t / ) можно разложить в ряд

Тейлора, ограничиваясь двумя чле­нами, и формулу (2.19) упростить

U_ВЫХ = E_К - ₀I_Б⁺t / С_Н. (2.20)

Напряжение на выходе ключа в этом случае будет уменьшаться по линейному закону.

При подаче на вход транзистора запирающего напряжения, транзистор после этапа рассасывания быстро закроется, и емкость нагрузки будет заряжаться от источника питания E_К через резистор R_К. Если пренебречь остаточным напряжением U_КЭН, то напряжение на выходе будет определяться выражением

U_ВЫХ = E_К (1 – exp( -t / )). (2.21)

В общем случае, когда времена переключения собственно транзистора и перезарядки емкости С_Н соизмеримы, описание переходного процесса существенно усложняется.

Таким образом, видно, что во всех случаях ключ на биполярном транзисторе имеет конечное время переключения как при открывании, так и при его закрывании.

Методические указания по проведению измерений

Переходные процессы в каскаде, работающем в режиме ключа, наблюдаются с использованием осциллографа (типа С1-94).

Управление ключом осуществляется с помощью генератора прямоугольных импульсов (типа Г5-54) (рис. 2.6). Вход осциллографа и входной кабель характеризуются значительной емкостью (40 и 100 Ф, соответственно), так что непосредственное присоединение осциллографа к исследуемой цепи может существенно увеличить емкость в схеме и исказить переходной процесс. В связи с этим следует использовать кабель с входным делителем напряжения. Это существенно уменьшит емкость, вносимую в схему в процессе измерения. Тем не менее, величину этой емкости необходимо учитывать. Кроме того; при чтении показаний осциллографа следует учитывать коэффициент деления напряжения входным делителем.

В процессе измерения длительности переходных процес­сов желательно использовать внешнюю синхронизацию осциллографа. Это обеспечивает независимость уровня синхронизации от амплитуды импульсов сигнала E_Г и повышает точность отсчета длительности исследуемого процесса.

Задание

1. Теоретически рассчитать длительность t_Ф⁺, t_Ф^-, t_ЗД и t_РАСС, используя параметры транзистора и элементов схемы, указанные на стенде.

2. Исследовать процесс включения транзистора для нескольких значений импульса тока базы I_Б⁺(E_Г⁺). Измерения провести при минимальной величине емкости нагрузки. Построить зависимости t_Ф⁺ от I_Б⁺.

3. Исследовать процесс выключения транзистора для нескольких значений тока базы I_Б⁺(E_Г⁺). Измерения провести при минимальной величине емкости нагрузки. Построить зависимости t_РАСС, t_Ф^- от I_Б⁺.

4. Подключить значительную емкость нагрузки (указывается преподавателем). Повторить измерения п.2 и п.3.

Библиографический список

1. Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1977.

2. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники. М.: Сов. Радио, 1980.

3. Преснухин Л. И. и др. Расчет элементов цифровых устройств:

Учебное пособие./Под ред. Л. И. Преснухина. М.: Высш. шк., 1982.

Лабораторная работа № 3

Работа ключа на биполярном транзисторе

на активно-индуктивную нагрузку

Цель работы: изучение переходных процессов при включении и выключении ключа на биполярном транзисторе. Оценка длительности всех этапов переходного процесса, сравнение с оценочными расчетами.

Объектом изучения является ключ на основе биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (рис. 3.1). Транзистор работает в режиме большого сигнала. Входное напряжение изменяется так, что транзистор переходит из закрытого состояния в активную область, насыщенное состояние и наоборот.

При скачкообразном изменении входного сигнала ток коллектора и напряжение коллектора изменяются с конечной скоростью, что обусловлено инерционностью транзисторного клю-ча, связанной с конечной длительнос-тью установления рекомбинационных процессов в базе транзистора и конеч-ным временем перезарядки барьерных емкостей эмиттерного и коллектор-ного переходов. В соответствии с этим в схему замещения транзистора введе-ны емкости C_БЭ, C_БК и учтено конечное время жизни неосновных носителей тока в базе (_).

Отыскание точного аналитического решения для переходного процесса представляет сложную задачу, тем более что параметры, входящие в модель (C_КБ, C_БЭ, _N, a_N), сами зависят от токов и напряжений в схеме, т. е. модель транзистора является нелинейной (см. лб. работу № 2, рис. 2.2). Ниже представлены приближенные решения для отдельных этапов процесса переключения транзистора. На каждом этапе, исходя из физических соображений, транзистор представляется упрощенной моделью, имеющей несложное математическое описание.

Нагрузкой ключа является активное сопротивление R_Н и индуктивность L. Назначение диода VD1 - предохранение транзистора от повышенных напряжений, и об этом будет сказано ниже. Примем, что активное сопротивление катушки индуктивности (r_L) мало, так что R_Н + r_L  R_Н.
На рис. 3.2 представлено семейство выходных характеристик транзистора, здесь же нанесены линия статической нагрузки R_Н и вольтамперная характеристика диода VD1. Для понимания и правильного описания происходящих процессов при переключении ключа будем следить за перемещением рабочей точки на семействе выходных характеристик транзистора. Переходные процессы будем рассматривать поэтапно. Положим, что емкость нагрузки C_Н = 0. На входе ключа действует источник управляющего напряжения Е_Г, имеющего идеальную прямоугольную форму.

Этап включения ключа. Этап имеет две составляющие
(рис. 3.3, а, б): – формирование времени задержки (t_ЗД) и формирование фронта включения (t^1-0). Пусть транзистор закрыт. Исходное положение рабочей точки на семействе выходных характеристик соответствует точке “A”
(рис. 3.2). Ток коллектора равен нулю (пренебрегаем током I_К0), напряжение
U_ВЫХ  E_ПИТ.

Формирование времени задержки (t_ЗД). При поступлении открывающего импульса (E_Г) транзистор откроется не мгновенно – требуется время (t_ЗД), связанное с процессом заряда емкости C_ЭБ через резистор (R_Б + r_Б) в соответствии со схемой замещения (рис. 3.4, а), для достижения на входе транзистора напряжения U_БЭ = U^  0,7В.

t_ЗД = _ВХ ln (E_Г / (E_Г - U^)), (3.1)

Характеристики

Список файлов учебной работы