Гусев - Электроника (944138), страница 105

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

Текст из файла (страница 105)

гб )гн )гг а) )гг )гг гн гн нас 6) г) и гн Тннас д) гэ )эг 'э эг е) Хэг 'эг Рис. 7,19, Диаграммы процесса запирания ТК: а, 6, в — при нормальном рассасывании;:, д, е при инверсном рассасывании; ж — схемы ключа с диодной фиксацией базового потенциала и токи эмиттера коллектора и базы уменьшаются до установившихся значений по экспоненциальному закону. Этап, на котором оба рынперехода смещены в обратном направлении, но в базе еще имеется некоторый остаточный заряд, отличный от равновесного, носит название области динамической отсечки транзистора. Длительность отрицательного фронта можно оценить также используя метод заряда.

При этом считается, что процесс формирования фрон~а заканчивается при 0=0. Время отрицательного фронта, полученное на основе метода заряда, )62 1 ~)бг~гг (7.56) Если рассасывание заряда сначала завершается у эмиттерного перехода, то временные диаграммы имеют вид, приведенный на рис. 7.19, г-. е. Здесь запирающий импульс, поступающий в момент времени г„изменяет скачком токи эмиттера и базы, а ток коллектора оставляет почти без изменения. В момент г, избыточные носители, накопленные у эмиттерного перехода, рассасываются и он смещается в обратном направлении. Транзистор оказывается в инверсной активной области.

Ток эмиттера уменьшается. Однако это не вызывает изменения тока базы, так как теперь та часть тока, которая ответвлялась в эмиттерную цепь, 519 направляется в цепь коллектора. С уменьшением эмиттерного тока ток коллектора увеличивается. Это способствует более быстрому рассасыванию избыточных носителей заряда, накопленных у коллекторного перехода. В момент времени ~„заканчивается рассасывание избыточных носителей у коллекторного перехода. Транзистор оказывается в области динамической отсечки. По мере рассасывания оставшихся в базе носителей происходит окончание переходного процесса.

В этом случае транзистор при переходе из области насыщения в область отсечки проходит через инверсную активную область. Инверсное рассасывание наблюдается при большом запирающем токе базы 1кз. Если рассасывание избыточных носителей заряда происходит одновременно у эмиттерного и коллекторного переходов, то транзистор из области насыщения переходит в область динамической отсечки минуя активную область. Таким образом, при увеличении импульса тока базы, открывающего транзистор, уменыпается длительность положительного фронта, но транзистор попадает в область глубокого насыщения.

Последнее приводит к увеличению времени обра~ного переключения. Ток в момент выключения также желательно увеличивать, так как это способствует более быстрому рассасыванию заряда. Однако этот ток приводит к инверсному рассасыванию, что нежелательно из-за выбросов тока коллектора, имеющих место во время переходного процесса. Удовлетворить эти противоречивые требования удается путем введения в цепь управления форсирующего конденсатора (рис. 7.19, ж), который позволяет увеличить токи базы 1ы и 1бз на короткий промежуток времени, в то время как стационарные токи базы практически не меняются.

Конденсатор С; увеличивая базовые токи, усложняет картину работы ключа. Это связано с тем, что во время динамической отсечки ток базы быстро падает до нуля и не успевает разрядить конденсатор. После запирания транзистора на его базе окажется дополнительное динамическое смещение, которое затем уменыпается по мере разрядки конденсатора через резистор Я . Так как постоянная времени СА, сравнительно велика, то очередной отпирающий импульс может поступить раньше, чем уменьшится до нуля напряжение этого динамического смещения.

Соответственно задержка и длительность положительного фронта увеличатся. Для устранения этого явления используют диодную фиксацию базового потенциала, для чего в цепь базы включают дополнительный диод (рис. 7.19, ж). Он отпирается при подаче запирающего напряжения на базу транзистора. При этом конденсатор С быстро разряжается через сопротивление диода, смещенного в прямом направлении, и внутреннее сопротивление 520 Я„источника ек. Кроме того, диодная фиксация базового потенциала умейьшает базовое напряжение закрытого транзистора. Тем самым уменыпается заряд входной емкости транзистора и снижается время задержки.

У реальных 7ранзисторных ключей картина переходного процесса отличается от рассмотренной. Это обусловлено тем, что у коллекторного перехода имеется емкость С'„, изменяющая ток резистора Я„. При грубой оценке можно считать, что к коллектору транзистора подключена интегрирующая ЯС-цепь, имеющая постоянную времени т =Я,С"„=Я.С„11+77*с„).

Эта цепь дополнительно увеличивает длительности фронта и среза выходного импульса. Для уменьшения ее влияния стремятся применять высокочастотные транзисторы, имеющие малые емкости С„, а в цепь коллектора включают неболыпие сопротивления Я„. При необходимости получить максимально достижимое быстродействие транзистор не вводят в режим глубокого насыщения.

Такие ключи называют ненасыщенными. В них транзистор работает на границе активной области. Для предотвращения насыщения вводят нелинейную обратную связь так, как показано на рис. 7.20. и. Основной смысл введения обратной связи заключается в фиксировании потенциала коллектора относительно потенциала базы. Если бы диод был идеальным и открывался при близком к нулю прямом напряжении, то источник смещения Еь (рис.

7.20, а) можно было бы нс подключать. Учитывая, что диод открывается только при напряжении 17=0,3 —:0,4 В, приложенном в прямом направлении, ЭДС источника смещения Е, выбирают порядка 0,4- О,б В. При отпирании транзистора диод закрыт до момента, пока вследствие уменыпения коллекторного тока напряжение на нем не станет равным пороговому. С момента открытия диода ток управления ключом замыкается на коллектор, что приводит к уменьшению тока базы приблизительно в 1+6„, раз. В итоге избыточный заряд, о7 Рнс. 7 ЗО.

0кены неннснннснно~о ко~она. 52! накапливаемый в базе транзистора, много меньше, чем при включении его в обычную схему насьпценного ключа. При подаче управляющего напряжения — е, диод запирается. Г!рактически сразу же начинается отрицательный фронт. так как избыточный заряд в базе близок к нулю. Существенного повышения быстродействия можно добиться только при использовании диодов, имеющих малое время восстановления. Вели применять низкочастотные диоды, у которых велико время рассасывания заряда, накопленного в базе, то эффект от введения нелинейной ОС будет незначителен. Для получения максимального быстродействия используют диоды Шотки (рис.

7.20, а). Они имеют малое время восстановления (нс превышает 0,1 нс), низкое напряжение отпирания (около 0,25 В) и малое сопротивление в открытом состоянии (около 1О Ом). При применении диодов Шотки отпадает необходимость во введении дополнительного напряжения смещения. Это обусловлено тем, что диод отпирается при более низком напряжении между коллектором и базой, когда транзистор еще находится на границе активного режима. Недостатки ненасыщенного транзисторного ключа, обусловленные особенностями его режима, следующие: 1) падение напряжения Укэ на открытом ключе болыпе, чем в насыщенном режиме (порядка 0,5 В); 2) ТК имеет плохую помехоустойчивость, что объясняется более высоким входным сонротивлением в открытом состоянии. В результате этого различные помехи, например скачки напряжения Г„, приводят к соответствующим скачкам падения напряжения на транзисторе; 3) температурная стабильность ненасыгценного ключа значительно хуже, чем у насыьненного.

7.5. КЛЮЧИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Ключи на полевых транзисторах используются для коммутации как аналоговых, так и цифровых сигналов, причем коммутаторы аналоговых сигналов обычно выполняют на полевых транзисторах с управляющим р-п-переходом или МОП-транзисторах с индуцированным каналом. В цифровых схемах применяются только МОП-транзисторы с индуцированным каналом, Для ключей на полевых транзисторах характерно: 1) малое остаточное напряжение на ключе, находящемся в проводящем состоянии; 2) высокое сопротивление в непроводящем состоянии и, как следствие, малый ток, протекающий через транзистор, канал которого перекрыт; 3) малая мощность, потребляемая от источника управляющего напряжения; 4) хоро|лая электрическая развязка между цепью управления и цепью коммутируемого сигнала, что позволяет обойтись 522 хн нх гз Рис.

7.2К Ключевые пепи на полевых транзисзорах с инлуднрованным каналом (а, й, в„г) без трансформатора в цепи управления; 5) возможность коммутации электрических сигналов очень малого уровня (порядка мкВ). По быстродействию ключи на полевых обычно уступают ключам на биполярных транзисторах. Кроме того, у них наблюдается проникновение в коммутируемую цепь дополнительных импульсов, параметры которых зависят от управляющего сигнала.

Причиной их появления является наличие емкостей С„и С,„. Простейшие схемы ключей на полевых транзисторах с управляюрдим р-л-переходом и МОП-транзисторах с индуцированным каналом приведены на рис. 7.21, а, г. Для запирания ключей, выполненных на полевых транзисторах с управляющим р-л-переходом и МОП-транзисторов с технологически встроенным каналом, к их затворам должно быть приложено запирающее напряжение С7,„„, которое превышает напряжения стока и истока на значение, большее напряжения отсечки С'зн„,.

Так как в ТУ на транзистор 1~зн.„указывается для определенного значения тока канала, запирающее напряжение должно быть выше !7зн„, на 1 — 3 В. При выборе запирающего напряжения следует помнить. что при его большом значении в цепи р-н-перехода может возникнуть лавннный пробой. Поэтому всегда должны выполняться неравенства !7.57) 1 бза ~ -х! ~'агапах ~ ! Е'...!<! !7зн ..~, (7.

Характеристики

Список файлов книги