Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 68

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

Текст из файла (страница 68)

Для этого рассмотрим два крайних случая: т, > 2т, и тэ < 0,5т,. Первый из них характерен для сравнительно высокоомных, а второй — для сравнительно низкоомных источников сигнала. В первом случае постоянная времени т, мало существенна. Следовательно, переходный процесс характеризуется постоянной времени т„а длительность фронта — формулой (9.69). Во втором случае переходный процесс оказывается»комбинированным».

Действительно, в этом случае токи 1з и 1, нарастают с постоянной времени т„т.е. быстрее, чем ток 1„, который нарастает с постоянной времени т,. Поэтому можно считать, что на первом этапе токи 1з и 1, вместе достигают 382 Глава 9. Основы аналоговой схемотехнннн уе —— о о о максимального значения (9.65а), а на втором этапе ток 1в, ответвляясь в низкоомную цепь базы, уменьшает базовый ток до установившегося значения. Ток эмиттера, а значит, и выходное напряжение, на втором этапе почти не меняются.

Соответственно длительность фронта определяется длительностью первого этапа, т.е. формулой (9.69). В промежуточном случае (т, = т,) переходный процесс оказывается более сложным, но расчеты подтверждают, что и в этом случае формула (9.69) дает приемлемые результаты. Емкость нагрузки, если она достаточно мала, а именно, если С„В, < т„можно считать подключенной параллельно коллекторной емкости. Тогда длительности фронта и среза соответственно возрастают. Если же нагрузочная емкость велика, то длительности фронта и среза могут оказаться разными (см.

ниже). Блокировка повторителя. Специфический переходный процесс имеет место в повторителе при достаточно большой нагрузочной емкости С„(рис. 9.17). В первый момент после поступ- ления ступенчатого входного '1 сигнала напряжение на емко- У сти С„не меняется, а значит, У, ы не меняется и потенциал ио змиттера. Поэтому, если сиг- и. пб б и* нал У, имеет отрицательную -в, полярность н превышает велик,с, чину У' (рис.

9.19), то напряе жение на змиттерном переходе становится обратным и рнс. ЕЛВ. Переходный лродесс транзистор запирается. нагруеочной емкости После этого емкость С раз- е ряжается через сопротивление Я, с большой постоянной времени С„Вк Транзистор снова открывается только тогда, когда напряжение база — змиттер достигает значения У* (момент гт на рис. 9.19). Описанное явление (т.е. временное запирание транзистора при больших отрицательных сигналах) получило название блокировки повторителя.

Как известно, для запирания кремниевых транзисторов обратное смещение на змиттерном переходе не обязательно: достаточно, чтобы прямое смещение было на 0,1-0,2 В меньше 383 9»П Эмиттераме аовтератела величины У*. Поэтому явление блокировки может иметь место даже при малых отрицательных сигналах 0,2 — 0,3 В. В результате блокировки длительность среза превышает длительность фронта. Последняя по-прежнему определяется формулой (9.б9). Что касается длительности среза, то ее легко найти из выражения, описывающего процесс разряда нагрузочной емкости через сопротивление В, (рис.

9.19): и,(г) =-У*е " — Е,(1 — е "), где т„= С„В,. Подставляя в левую часть У, = — У,„— У (условие отпирания эмиттерного перехода в момент г, см. рис. 9.19), получаем: гс тн) 1 я (9. 70) Например, если т, = 40 нс, Я, = 2 В и У,„= 0,5 В, то г, = 24 нс.

Полученное значение г, намного больше типичных значений г, . Следует подчеркнуть, что блокировка повторителя и различие г и г, подразумевают ступенчатый характер сигналов. В противном случае емкость С, успевает «отследить» входной отрицательный сигнал и блокировка не имеет места. Критерием блокировки может служить неравенство гс»х «' гбСнс где г, »„— время нарастания среза входного импульса. Схемы сдвига уровня. В многокаскадных усилителях на базу каждого следующего каскада поступает не только полезный сигнал, но и постоянная составляющая напряжения с коллектора предыдущего каскада.

»аким образом, постоянная составляющая «накапливается», возрастает от каскада к каскаду, что вызывает определенные затруднения при разработке последних — выходных каскадов. Поэтому часто возникает задача устранить постоянную составляющую на входе очередного каскада, но по возможности без изменений передать переменную составляющую — сигнал. Именно такую задачу и решают так называемые схемы сдвига уровня. Глава 9.

Ословы аналоговой схемотехнннн Простейшей схемой сдвига уровня является эмиттерный повторитель. Действительно, у него уровень выходного (эмиттерного) потенциала ниже уровня базового потенциала на величину У", а сигнал передается с коэффициентом К о 1.

Эмиттерный повторитель лежит в основе других, более сложных схем сдвига уровня. Например, если нужно понизить уровень входного сигнала на величину 2У*, то можно либо ис+~в пользовать повторитель по схеме Дарлингтона (см. рис. 9.15, б), либо включить в эмиттерную цепь простейшего повторителя прямосмещенный диод (см. ниже). Д* Иногда требуется сместить ура+ ~~м 1 вень на величину, не кратную У*, ло ~гс например, на 2,5 В. Тогда использу- ется универсальная схема сдвига ивет,„„ 'о '"" уровня, показанная на рис. 9,20.

В общем случае в такой схеме может быть не один, а и последовательно включенных диодов. Соотношение Рнс. 9.20. Схема между входными и выходными сдвига урания уровнями имеет вид: Уз = (и + 1)У + 10Во. (9. 71) Варьируя значения и, 10 и Во, можно обеспечить любой сдвиг уровня. Так, если желательный сдвиг составляет У1 — Уэ = 2,5 В, то нужно выбрать и = 2; тогда (и + 1)У* = 2,1 В и 10Во = 0,4 В; при токе 10 = 1 мА получаем необходимое значение сопротивления Во = 400 Ом. Коэффициент передачи переменной составляющей в схеме на рис. 9.20 зависит в первую очередь от внутреннего сопротивления источника тока.

Если В, = ю, то К = 1 независимо от структуры эмиттерной и базовой цепей. Если же сопротивление В, имеет конечное значение, его следует подставить вместо В, в формулу (9.б0). Кроме того„в этой формуле нужно заменить сопротивление г, на (и + 1)г, + Во. Тогда В, (9.72) В, + (и + 1)г, + Во + (1 — а )(го т В, ) 9.9.

Каскад 395 Как правило, сопротивление В, лежит в пределах от 100 кОм и выше, а другие сопротивления в знаменателе (9.72) не превышают 1 — 2 кОм. Поэтому коэффициент передачи сигнала оказывается весьма близким к единице. При наличии сопротивления нагрузки В„необходимо в формуле (9.72) заменить В, на меньшую величину В, ) В,.

Тогда коэффициент передачи соответственно уменьшится. 9.8. КнСКОд Под каскодом понимается схема, в которой два транзистора соединены последовательно, так что через них протекает один и тот же ток (рис. 9.21). Такое соединение можно рассматривать как одно целое (см. штриховую линию), т.е. как вариант составного транзистора. Коэффициент передачи а в таком составном транзисторе легко найти из следующих очевидных соотношений: ~к2 а2)а2 а21а1 а2(а11~1) Дели 1„на 1„, получаем: а = а1а2.

к = —,а (л,ул,). Не давая выигрыша по коэффи- -Е, циенту усиления (а также по входному и выходному сопротивлениРэе. 9.21. Каскад ям), каскод, однако, имеет важное преимущество по сравнению с простейшим усилителем. Это преимущество состоит в отсутствии связи между точкой вы- ! 3 — 3423 Значит, коэффициент передачи эмиттерного тока при каскодном соединении ненамного отличается от коэффициента передачи в одном (активном) транзисторе Т1.

Отсюда ясно, что и коэффициент усиления напряжения в каскодной схеме будет практически таким же, как и в простейшем усилителе (см. (9.66Ц1 1 3 +Е~ 3 3 3 3 3 3 3 ! 3 Глава 9. Основы аналоговой схемотехннки хода (коллектор Кз) и точкой входа (база Б,), тогда как в простейшем усилителе выходная и входная точки связаны через емкость С„и сопротивление г„. Такая обратная связь в ряде случаев осложняет работу усилителей. В частности, она приводит к увеличению входной емкости каскада (эффект Миллера, см.

равд. 9.5). При наличии индуктивной составляющей в сопротивлении нагрузки такая связь может привести к самовозбуждению усилителя, т.е. превращению его в генераторг. Причиной, по которой выход и вход в каскаде развязаны друг от друга, является то, что промежуточная точка схемы (база Бз) находится под неизменным потенциалом Е. Величину Е можно считать напряжением питания для транзистора Т1. В таком случае нагрузкой этого транзистора является весьма малое сопротивление эмиттерного перехода г,з. Значит, транзистор Т1 работает практически в режиме короткого замыкания коллекторной цепи.

Характеристики

Список файлов книги