Гусев - Электроника (944138), страница 101

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

Текст из файла (страница 101)

Один уровень соответствует открытому состоянию ключа, другой- закрытому. Апа>>огонь>е ключи обеспечивают подключение нли отключение источников аналоговых информагтионных сигналов, имеющих произвольную форму напряжений. Причем характеристики измерительных устройств, в которых они используются, во многом зависят от качества передачи сигнала аналоговым ключом и помех в цепи, появляющихся при его коммутации.

Цепь с электронным ключом можно рассматривать как четырехполюсник, параметры которого сугцественпо изменяются при достижении определенног'о уровня входным или управляющим сигналом. Характеризуя свойства ЭК, вводят понятие о к о л о п о р ог о в о й области. Под ней понимают те значения входного или управляющего сигнала, при которых сопротивление ЭК резко изменяется (рис. 7.9,а).

При анализе работы ключей и их практическом использовании необходимо знать следующие параметры: 1) быстродействие, характеризуемое временем переключения ключа; 2) пороговое навряд>гение, в окрестностях которого сопротивление ключа резко меняется; 3) чувствительность, под которой обычно понимают минимальный перепад сигнала, в результате действия которого происходит бесперебойное переключение ключа; 4) ло>ивхоустойчивость, характеризуемую чувствительностью электрошюго ключа к воздействиям импульсов помехи; 5) >гадение напряд>гения ни ключе в открытом состоянии и токи утечек — -в закрытом; 6) н>против;гение ключи в откры ком и закрьпом состояниях, В диодных ЭК используют полупроводниковые диоды, имеющие барьерную емкость (0,5 — 2 г>Ф) и высокое быстродействие.

Широко применяются кремниевые, микроплавные и эпитаксиально-планарные структуры, а гакже арсенид -. галлиевые диоды с барьером Шатки. 500 и„,р д) 1ебр 09 )аб 2 9 б (уебр,В б) 2 гг б 1ир,иА г) 50! Рис. 7.)0. Вольт-ампирная характеристика (а) и зквиваленгные схемы открыто!о (б) и закрьпого (е) лионов; изменения гх„ и Г„ при увеличении 1„„ (е) Г (гГ) Статические характеристики ключевой цепи полностью определяются вольт-ампсрной характеристикой диода, показашюй на рис.

7.10, а (см. 9 2.6). В случае, приведенном на рис. 7.9, б, диод )г1) открыт, если напряжение между точками А и В превышает пороговое значение (7„, . Для его нахождения проводят касательную к вольт-амперной характеристике на участке, где невелико изменение ее наклона. В качестве (1а „ берут напряжение в точке пересечения касательной с осью абсцисс. Эквивалентные схемы диода, смещенного в прямом и обратном направлениях, приведены на рис. 7.10, б,в. При прямом напряжении па диоде его статическое сопротивление существенно отличается от дифференциального г,„, причем значение г,„ уменьшается при увеличении прямого тока (рис. 7.10, г). При обратном смещении через диод протекает ток 1...

(рис. 7.10, в). Для учета увеличения обратного тока при повышении напряжения введено сопротивление г,, Барьерная емкость С учитывает эффект накопления зарядов на р-и-переходе. значение ее уменьшается при увеличении (l„а„(рис. 7.10, д). В тех случаях, когда диодные ключи применяются для коммутации быстроизменяющихся сигналов, их характеристики отличаются от статических.

Это связано с наличием переходных процессов накопления неосновных носителей заряда в базе и зависимостью напряжения на Гзммг)ереходе от пространственного заряда и его распределения в области базы и р-л-перехода. Так, если через диод протекал ток 7, и заряд в базе Дт =1з т,, где тд-- время жизни неосновных носителей заряда в базе, то при резком изменении тока заряд мгновенно измениться не может. Его новое значение Дз=Узт, буде) получено по истечении конечного промежутка времени. В э.)о) промежуток изменяется сопротивление базы и падение напряжения на диоде. Сопротивление базы гд при токе 1 и заряде в ней Дя можно найти из уравнения "го в ) -лоа 17.

!бз) 7„„(ГГ, — Г7 „),)~Я„+ г,) ГГ, )Я„. пи гд Г 1д )реН тар Г7.17) а) )збв Рис. 7 )) Схема диодного ключа, включенного в прямом направлении (а), зависимость распределения зарядов в базе от времени (о): харак|еристика переходных процессов в диодном ключе )е) 502 где г о — сопротивление базы при Дв = О; и — козффициен г накопления заряда.

В связи с тем что сопротивление базы диода зависит от времени и тока, протекающего через диод, а также вследствие наличия нелинейной барьерной емкости при отпирании и запирании диод- ного ключа наблюдаются переходные процессы. Их приходится учитывать при проектировании быстродействующих устройств. Если диод подключить к источнику импульсных сигналов с внутренним сопротивлением Я„(рис. 7.11, а), удовлетворяющему условиям ГГ г » Ь'д„и 7Г„» г„где Г7,„) -высота импульса; ГГ„р — напряжение йа р-л-переходе: и, сопротивление диода, то максимальный прямой ток будет определяться параметрами источника сигнала: Диаг раммы изменений тока и напряжения на диоде в этом случае показаны на рис.

7.11, в. В первый момент, когда ~ = г„, напряжение на диоле изменяется скачком на им . Этот скачок обусловлен напряжением ца р-л-переходе и падениями напряжения на сопротивлениях г и г, Так как г „ )) г„ то начальное сопротивление диода прямому току (7. 18) Оно называется импульсным сопротивлением. Распределение концентрации дырок р0(х) в области базы в первый момент после скачка отпирающего тока характеризуется нижней кривой для ~0 (рис. 7.11, б). Под действием отпирающего импульса тока дырки диффундируют в сторону омического контакта и соответственно кривая распределения концентраций перемещается вверх, как показано на рис.

7.11. б. При этом следуе~ подчеркнуть, что градиент концентрации р (х) пропорционален току 1„., и для р-и-перехода ос гае гся нейзменпым. Заряд носителей в базе, пропорциональный площади, заключенной между уровнем Р. и соответствующей кривой р~(х), с течением времени увеличивается. Это приводит к уменьшению сопротивления гя.

В итоге при постоянном токе диода 1„, падение напряжения на нем и„(~) уменьшается по экспоненциальному закону. Через промежуток времени г„-Зт, называемый временем установления, напряжение йа диоде достигает установившегося значения У„, и сопротивление диода становится равным статическому значейию, соответствующему данному току 1„,. При этом в базе будет находиться дополнительный заряд, пропорциональный площади, заключенной между уровнем Р„, и кривой для ~ -+ со„который равен Д„=1„,т,. Если в момент времени ~ = И диод отключйть от источника питания, то его ток скачком уменыпится до нуля (рис.

7.! 1, в). В этот момент скачок напряжения на диоде Л 17 = 1„,г,. Однако на диоде останется напряжение 11,„, обусловлеййое наличием дополнительного заряда в базе. А так как ток диода равен нулю, то этот заряд будет исчезать только за счет рекомбинации, причем уменьшение е~о будет происходить по экспоненциальному закону. Измеряя промежуток времени, в течение которого происходит рассасывание заряда, и считая, что длительность рассасывания (восстановления исходного состояния) 1„„=(3 — 5)т„,, можно вычислить время жизни неосновных носителей заряда: т,=~„...'(З-:5).

(7,19) Если открытый диод, через который протекал ток 1„, в момент времени ~=г, мгновенно отключить от источника 503 зси ел гг Ю глл Рг агр 7 и, )лег ивамг ива азу а) рис. 7.)2. Схема, обеспечивающая коммутацию напряжения на диодиом ключе 1л); переходные пропессы при коьзлзу~ анни поляриос1и напряжения Сб), зависимосгь распределения носи~елей заряда от вромени при из рассасывании 1е) и подключить к источнику С' г, имеющему напряжение противоположной полярности (рис. 7.12, а), то его запирание произойдет не мгновенно.

а через определенный интервал времени, называемый временем восстановления. Наличие достаточно болыпого заряда неосновных носителей, накопленных в базе, приводит к тому, что после переключения полярности напряжения дырки базы. оказавшиеся у р-и-перехода, беспрепятственно проходят через него в р-область. Эмиттер из инжектора дырок превращается в собирателя их. Таким образом, расписывание зарлда, накопленпоео в базе, происходит за счет возвраи)езгия дырок в зуииттер и реколзбинаг)сссг их в обьезие базы. До тех пор пока концентрация неосновных носителей заряда у р-и-перехода превышает равновесную„ он открыт и через него протекает ток, зависящий от напряжения Г,„з. Поэтому при изменении полярности приложенного напряжения ток диода изменяется скачком (рис.

7.12, 6) на )лг =1„р+! „,. что вызывает скачок напряжения на диоде слГ=ЛУгл. Максимальное значение обратного тока в основном определяется параметрами внешнего источника и сопротивлением открытого диода 7.„7=12,1(л„+г,)=1) 71л„. (7.20) В результате значения обратно~о тока могут быть довольно значительны. Кривые распределения концентраций неравновесных зарядов в базе для этапа рассасывания приведены на рис 7.12, в. В первый момент г, после подключения обратного напряжения кривая распределейия р (х) меняет наклон у р-и-перехода и градиент кривой рв(х~ уже направлен не к р-п-переходу, а от несо, т. е. направление тока изменяется.

Характеристики

Список файлов книги