Гусев - Электроника (944138), страница 103
Текст из файла (страница 103)
Степень насыщения определяется как относительное превыпгение базовым током 1 того значения тока 1 „„., которое характерно для границы насыщения: гэг=(1 — 1вн„)11 „,с=(11„,1Б — 1 „,)г'1к „(7.33) Иногда оценку глубины насыщения производят с помощью коэффициента насыщения, который показывает, во сколько раз ток, протекающий в цепи базы, больше базового тока, при котором транзистор входит в насыщение: ( Б+1КБО) ( Бнас+ КБО) Бг Бнас ~ При насыщении сопротивление транзистора минимально и практически пе зависит от значений 1Б и Л„. Оно и является выходным сопротивлением ТК в стационарном замкнутом состоянии.
С увеличением базового тока напряжение на эмиттерном пеРехоДе 17Бэ менЯетсЯ мало. НапРЯжение на коллектоРном переходе и модуль напряжения ~l „„уменьшаются. Значение У „„зависит от типа транзисторов и обычно находится в пределах 0,08 — 1 В. При изменении температуры окружающей среды напряжения Пкь и С'эв изменЯютсЯ пРиблизительно так же, как и в диодах. В то же время напряжение У „„, являющееся разностью этих двух напряжений, изменяется мало. Температурный коэффициент напряжения (ТК У) ключа обычно порядка 0,15 мВ)град. Следует подчеркнуть, что начиная от значений степени насыщения Х = 3 —: 5 и выше межэлектродные напряжения транзистора мало зависят от тока базы. Поэтому более высокую степень насыщения применять нецелесообразно. Важным преимушеством режима насыщения является практическая независимость тока коллектора от температуры окружающей среды и параметров конкретного транзистора.
Входную цепь транзисторного ключа характеризуют следующие параметры: ! ) входной ток закрытого транзистора; 2) напряжение управления, необходимое для надежног о запирания транзистора; 3) минимальный перепад управляющего 509 )е„) > ~ 17„„„„). Пусть ключ, изображенный на рис. 7.15, а, заперт по цепи базы управляющим напряжением — е,, Тогда при всех значениях напряжения. при которых )с/кэ) ~ ~ег), в выходной цепи протекает ток, близкий к У „„, и характериив, 7» отпирания стиха Тк(»7 э) идет почти горизонтально Ь 7В с Оглы (рис.
7.15, б). Назовем ияв Линия линию, по которой пезапира~ ия ив»в л; е, = омг ремещается точка и, аа с я, а линией запирания. в.г и При изменении пое ив.г иви» лярности напряжения а) ю) е„ транзистор откроется. Пусть ток в цепи базы гв = 7в = сопя) и вв > 7в„.„. Тогда падение напряжения на Рис. 7.)5. Схема ключа, коммутирующего вив потовые си»вилы (а), и ого вылодиыс харак тсристики 16) ири иормвльиом включении трви зисгорв 5)0 сигнала, необходимый для обеспечения надежного отпирания транзистора', 4) входное сопротивление транзистора в открытом состоянии (или напряжение, необходимое для обеспечения надежного открытого состояния).
Выходными параметрами ТК являются; 1) выходное сонротивление ключа Я,„„(Я„при закрытом и Я„„, при открытом транзисторе); 2) миксимальный ток откры тот'о ключа (равен току насыщения); 3) минимальное (остаточное) эгапрязкение на коллекторе транзистора в открытом состоянии С' .,„,, (десятые — сотые доли В); 4) максимальное ниггрхьжение на коллекторе закрытого транзистора (тгкз,„„= ń— У оЯ„): 5) кгээ)75- фиг)кент использования напряжения питания К =(игсэ„„— 17„э„„).
На эквивалентных схемах насыщенный транзистор представляют в виде точки, общей для электродов эмиттера, коллектора и базы. Рассмотренный ключ при его коммутации обеспечивает получение двух уровней выходного напряжения и относится к числу пифровых. На его основе можно создавать ключевую цепь (рис. 7.15, а), которая будет коммутировать аналоговые, в том числе и разнополярные, сигналы. В этом случае роль источника напряжения Е выполняет коммутируемое напряжение 1/кы Для того чтобы переходы транзистора оставались запертыми при любых изменениях полярности и значения Г,„, необходимо, чтобы при подаче запирающего напряжения управления е„выполнялось условие транзисторе мало и характеристика ! ((/кэ) идет почти вертикально. Назовем эту линию л и н и е й о т п и р а н и я.
В идеальном аналоговом ключе линии отпирания и запирания совпадают с осями координат, В транзисторном ключе этн линии имеют небольшой наклон, а их точка пересечения не совпадает с началом координат. В итоге при конечном сигнале (/,„, получается нулевое напряжение на выходе, а при нулевом сигнале (/,„э=0 — соответственно конечное выходное напряжение. Таким образом, транзисторному прерывателю свойственны два вида погрешностей: сдвига и наклона. Влияние этих погрешностей уменьшается с увеличением входного сигнала.
Если ~ (/„„~ » (/,„„то общая погрешность невелика и, как видно из выходных характеристик, имеет разный знак в зависимости от полярности входного сигнала. Для количественной опенки погрешностей необходимо знать координаты точки с и дифференциальные сопротивления обеих характеристик. Считая, что наклон линии запирания соответствует некоторому сопротивлению А, (которое учитывает ток утечки, токи термогенерации в переходе и т. д.)„получим ток в точке с: /, = /„„+(., /я,). Напряжения в точке с можно определить из приближенного уравнения ~аг/базы~ (7.35) Наклон линии запирания, как правило, весьма мал.
Он характеризуется сопротивлением /1„ имеющим значение не менее 1 МОм. Наклон линии отпирания определяется сопротивлением насыщенного транзистора Я„„, которое у маломощных транзисторов не превышает нескольких десятков Ом. При этом необходимо обратить внимание на зависимости /„(/,.
М, и А„,„от температуры, что может вызвать температурный дрейф выходного сигнала. Для улучшения характеристик аналогового ключа часто применяют инверсное включение транзистора (рис. 7,16, а), которое по сравнению с нормальным включением обеспечивает меньшие ток /„и напряжение (/, При инверсном включении ток это ток эмиттера транзистора при запертых //-п-переходах, когда на базу подано напряжение — е„, а )(/.„„~ < ~е,~ (рис.
7.16, б). В режиме глубокой отсечки ток эмиттера / =/, О. Более точно его значение можно оценить используя выражение (7.36) Напряжение в точке с ~ и, ~ = Рт/Ь„,. (7. 37) ьы о еде 6) а) Рис. 7.)6. Схема аналогового кдюча (а) и его выходные характеристики )и) прн иаверсном включении транзистора; схема компенсированного ключа (в) Так как )гх„»62„„то напряжение сг, и ток 1, при инверсном включении транзистора получаются по крайней мере на порядок меньше, чем при нормальном включении. В (7.36) и (7.37) не учитывались падения напряжения, возникающие при прохождении управляющего тока базы через сопротивления соответствующих слоев: эмиттера (при нормальном включении) и коллектора (при инверсном).
При учете их для напряжения ~/, имеем ! ~ / ) г р т + 7 ~гг г (7.38) !~г) 9~ +г яхю г'7.39) 512 где г', и г', -соответственно сопротивления областей эмиттера и коллектора. Так как эмиттер обычно выполняют низкоомным (г',—: ск0,5 Ом), зна поправка для нормального включения несущественна. В то же время при инверсном включении (г',-!О Ом) она является основной составляющей остаточного напряжения.
В результате при инверсном включении С', иногда оказывается даже больше, чем при нормальном. Так как с увеличением тока У напряжение б', растет, а в области малых токов, как уже говорилось выше, Г, тоже возрастает из-за выхода транзистора из области насьпцения, сушествует оптимальное значение управляющего тока базы 1., (несколько мА).
Следует отметить, что температурная стабильность точки с, играющая основную роль при преобразовании малых сигналов, достаточно высока. Так, в инверсном включении при оптимальных токах базы ТК'гд' ее несколько мкВ,'град. Подбором элементов прерывателя и режима работы можно добиться, чтобы в температурном диапазоне от +80 до — 50 'С температурный дрейф не превышал 130 200 мкВ. Временной дрейф напряжения б', обычно оценивают эксперименталыю. Он зависит от индивидуальных характеристик транзисторов и изменяется в процессе их работы.
Наибольшие значения наблюдаются в течение первого часа после включения и могут составить несколько мВ. При дальнейшей работе дрейф уменьшается и находится в пределах нескольких десятков нескольких сотен мкВ/ч. При использовании балансных схем, которые в различных модификациях называют компенсированными клк1чами, погрешности аналоговых ключей можно существенно уменьшить (в 5-- 10 раз и больше). Одна из возможных схем компенсированного ключа показана на рнс. 7.16,4. В закрытом состоянии ключа токи эмиттера транзисторов УТ7 и Ъ'Т2 направлены в разные стороны вне зависимости от полярности входного напряжения, Если 1, обоих транзисторов равны, то результирующий ток через источник сигнала 1/,„ н сопротивление 71, равен нулю.
Так как остаточное напряжение, как это видно из положения линии отпирания на рис. 7.16, б, не зависит от направления тока, протекающего через транзистор, то при идеальном подборе остаточные напряжения обоих транзисторов взаимно компенсируют друг друга. При практическом выполнении аналоговых ключей на биполярных транзисторах необходимо: гальваннчески развязывать между собой источник управляющего сигнала и коммутируемые цепи; включать в цепь базы транзистора ограничительный резистор, значение которого выбирается исходя из требуемого тока базы и напряжения источника е,; использовать компенсированные ключи с инверсно включенными транзисторами. Выпускаются микросхемы компенсированных аналоговых ключей, например 162КТ! .
У них Я„, 100 Ом; 17, = 17„, < <300 мкВ; 1,<50 мкА; Г„„<30 В; 71„„б.10' Ом„7в,„= 10 мА; 7„,.„=10 мА. я 7.4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧЕВЫХ ЦЕПЯХ С БИПОЛЯРНЫМИ ТРАНЗИСТОРАМИ При анализе переходных процессов в транзисторе удобно использовать метод заряда базы, в основе которого лежит принцип ее электрической нейтральности. Согласно этому методу в любой точке базы положительный и отрицательный заряды одинаковы и изменяются с одинаковой скоростью. В базе л-типа положительный заряд обусловлен ионами донорной примеси н дырками, а отрицательный — только электронами.
На основании уравнения нейтральности можно записать (7.40) 513 Дифференцируя (7.40) по времени, получим 40„ + Ш 41 41 (7.41) Каждое слагаемое выражения (7.4!) имеет размерность тока. При учете основных составляющих, вызывающих изменения зарядов, уравнение (7.41) запишем в виде г(0Ф+ 0Л = 'б (7.42) где Д и т --заряд и время жизни неосновпых носителей заряда в базе. Это дифференциальное уравнение называется уравнением заряда базы и является исходным для анализа длительности переходных процессов. Оно показывае~, что ток базы «расходуется» на пополнение убыли зарядов. исчезнувших в результате рекомбинаций (член О1т), а также на накопление заряда, соответствую1цего данному току (член дЯ,~г)Г).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
