Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 54

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

Текст из файла (страница 54)

8.Т, а), а у запирающего транзистора выделено сопротивление базы г. Пренебрегая в первом приближении током 1;, напряжением У н сопротивлением гюп получаем начальное значение запирающего тока: 81 К 616 Ряс. 8ЛО. Эквивалентная схема ключа яа этапе раосасыэаяяя (пря яасыще- яяя предыдущего ключа) 16 = У /Гб ° (8.

24) Я(0) =1," . (8.25а) Установившийся (асимптотический) заряд по-прежнему определяется током базы, т. е. в данном случае — запирающим ТОКОМ 16 .' (8. 25б) Пусть, например, гб = 100 Ом, тогда 16 я -7 мА; это значение может в несколько раз превышать значение отпирающего тока 1;, особенно прн работе ключей в мнкрорежнме. Если не делать указанных выше пренебрежений, ток 1 будет несколько меньше. Скачок базового тока от значения 16 до значения 16 влечет за собой плавное уменьшение или, как говорят, рассасываяие заряда от значения й" до значения ь) (см.

(8.19) и (8.18)). Рассасывание происходит в тех же условиях, что и накопление — при неизменных внешних токах. Поэтому скорость процесса рассасывания определяется той же постоянной времени т, а уравнение рассасывания совпадает с уравнением накопления (8.20). Однако начальное и установившееся значения заряда будут иными. А именно, начальный заряд на этапе рассасывания равен конечному заряду на этапе накопления. При достаточно длинном отпирающем импульсе этот заряд описывается формулой (8.19). Поэтому примем Глава Э. Оеаовм цифровой ехеиотехиваа Поскольку 1ь < О, величина Я(со) оказывается отрицательной.

Это значит, что ее в данном случае следует рассматривать не как реальный заряд, а лишь как асимптотическое значение. Окончание этапа рассасывания характеризуется тем, что концентрация избыточыых носителей на коллекторной границе базы падает до нуля и на коллекторном переходе восстанавливается обратное напряжение. Только после этого может начаться уменьшение коллекторного тока и формирование среза импульса. Время задержки среза с„или время рассасывания с есть тот интервал, в течение которого заряд уменьшается от начального значения Ч(0) до величины остаточного заряда Ч „соответствующего ыачалу запирания коллекторного перехода.

Обычно остаточный заряд зыачительно меньше граничного заряда (8.18), а последыий, в свою очередь, намного меньше заряда, накапливающегося в режиме насыщения. Поэтому в первом приближении можно пренебречь остаточным зарядом и определить время рассасывания из уравнения (8.20), положив ь)(е) = О.

Тогда с учетом выражений (8.25) получаем: е =т) 1о — о (8.26) где ~1о ~ — модуль запирающего тока. Например, если отношение токов лежит в пределах 0,2 — 5,0, то время рассасывания составляет (0,2 — 0,6) т или, при т =30 нс, от 6 до 20 нс. Из формулы (8.26) видно, что время рассасывания, т. е. задержка среза, тем меньше, чем меньше отпирающий ток 1з и чем больше запирающий ток 1 . Поскольку малая величина отпирающего тока приводит к увеличению длительности фронта (см. (8.17Ц, желательно в первую очередь увеличивать запирающий ток. Этот путь широко используется при проектировании ключей. Формирование среза.

По окоычании этапа рассасывания начинается последний этап переходного процесса — запирание транзистора. Этот этап труднее других поддается количественному анализу, так как величина остаточного заряда сравнительно мала, а форма распределения носителей в базе — сложная. 3.3. Переходные процессы в простейшем биполярном ключе 301 (, =т,!п 1+ (8.27) Начальные условия, принятые при выводе (8.27), характерны для достаточно малых запирающих токов, много меньших тока насыщения. Такой случай редко имеет место на практике. Гораздо чаще запирающий ток сравним с током насыщения или превышает его. На рис. 8.11, б показаны начальные распределения носителей при достаточно большом запирающем токе, всего лишь в несколько раз меньшем тока 1хж Для сравнения штриховыми линиями повторены распределения, показанные на рис. 8.11„а.

Как видим, площади под кривыми в данном случае заметно меньше, чем в активном режиме. Тем самым подтверждается, что Э Б К Э Б К Э Б К мх 0 ю х 0 0 Обм юх а) б) е] Рис. 3.11. Распределение концентрации носителей в базе на этапе запнра- ния прв малом (а), среднем (б) и большом (е) запирающих токах: 1 — бездрейфовый транзистор; 3 — дрейфозый транзистор Рассмотрим сначала простейший случай, когда запирающий ток настолько мал, что в начале данного этапа распределение носителей соответствует нормальному активному режиму (рис. 8.11, а).

Тогда начальный заряд разек граничкому: Ч(0) = Я„р, величина Я„р определяется формулой (8.18). Дальнейшее уменьшение заряда идет с такой же постоянной времени, как и уменьшение коллекторного тока, т. е. т, (см. (8.15)]. Асимптотическое значение заряда остается тем же, что н на этапе рассасывания: (т( о) = ч); величина (з определяется выражением (8.230). Формирование среза заканчивается тогда, когда коллекторный ток, а вместе с ним и заряд делаются равными нулю. Подставляя з (8.20) значение Щ() - О, заменяя в показателях экспонент т на т, и используя приведенные выше значения 9(0) и ()(аз 1 получаем длительность среза в виде: 302 Глава В.

Оси»вы цифровой схомотохиики остаточный заряд в конце этапа рассасывания меньше граничного. Соответственно длительность среза будет меньше, чем при расчете по формуле (8.27). Однако главная особенность данного случая состоит не в этом чисто количественном отличии, а в изменении структуры среза. А именно, в некоторый момент времени Г~ концентрация носителей на эмиттерной границе базы тоже делается равной нулю. После этого оба перехода — коллекторный и эмиттерный — работают при обратном смещении. Формально такой режим работы следует считать отсечкой.

Однако, в отличие от «обычной» отсечки, когда в базе отсутствует избыточный заряд, а токи переходов ничтожно малы, в данном случае, несмотря на обратные смещения, в базе сохранился некоторый остаточный заряд (соответствующий заштрихованной площади), а токи имеют вполне конечные значения. Такой режим называют режимом динамической отсечки, В режиме динамической отсечки все три тока транзистора спадают до нуля с постоянной времени отсечки т, значение которой приведено ниже. Постоянная времени т„, значительно меньше, чем постоянная времени тя которая определяет процесс запирания до момента «и Поэтому конечный участок среза будет более крутым, чем начальный.

Как уже не раз отмечалось, запирающий ток 1» обычно сравним с током 1„„или превышает его. В случае таких больших токов распределение носителей в конце этапа рассасывания и начале этапа запирания получается таким, как показано на рис. 8.11, з (кривая з = О).

Это распределение уже соответствует режиму динамической отсечки, а значит, весь срез формируется с постоянной времени т и длительность среза «с оказывается весьма незначительной (рис. 8.8). Постоянную времени отсечки можно грубо оценить, исходя из того, что избыточным носителям, расположенным в средней части базы, необходимо пройти расстояние )~зв, для того чтобы уйти из базы через тот или иной переход (рис. 8.11, з).

Соответствующее время в 4 раза меньше времени пролета через всю базу. Поэтому запишем постоянную времени отсечки в виде: (8.28) т„, =0,2бг,р + СкВк ° Зав Ключ е барьером Шотткк 303 Первое слагаемое в большинстве случаев несущественно, и постоянная времени т„, определяется постоянной времени коллекторной цепи. Например, если т,р = 0,2 нс, С„= 0,5 пф и В„= 1 кОм, то т, = ф„= 0,5 нс. Время среза на уровне 0,1 от начального тока 1„„выражается соотношением т, =23т (8. 29) При тем =0,5 кс получаем те = 1,1 нс.

Влияние емкости нагрузки. Если ключ работает на емкостную нагрузку (например, на вход следующего — запертого ключа, см. Рис. 8.9)„то длительности фронта и среза тока и напряжения могут существенно различаться. Например, во время среза ток по-прежнему уменьшается с малой постоянной времени т„„тогда как напряжение нарастает с гораздо большей постоянной времени ф„, где ф— емкость нагрузки (см. штриховую кривую на рис. 8.8).

При условии С„>> С„, которое часто имеет место, срез импульса тока можно считать практически вертикальным, тогда как срез напряжения имеет конечную длительность, характеризуемую величиной (см. Рис. 8.8) т,„м 2Дф„. (8.30) Аналогичное различие между длительностями фронтов тока и напряжения имеет место при отпирании ключа, если емкость нагрузки превышает коллекторную емкость. В этом случае фронт импульса тока тоже можно считать практически вертикальным, а длительность фронта импульса напряжения описывается выражением (8.30). 8.4.

Ключ с барьером Шоттки Одной из главных проблем при повышении быстродействия ключей является уменьшение задержки среза, т. е. времени рассасывания избыточного заряда Для этого, как видно из (8.26), нужно уменьшать отпирающий ток 1б, т. е. степень насыщения 8. Однако при этом согласно (8.17) возрастает длительность ФРонта. Кроме того, в реальных условиях степень насыщения должна превышать минимальное значение Я„„„(см. Равд. 8.2).

Характеристики

Список файлов книги