Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 [103] 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169


"8ш

.....V.

б) е)

Рис. 14.2. Характеристики транзисторного ключа с ОЭ:

а - в.ходная; 6 - выходные; в - передаточная

На передаточной характеристике (рис. 14.2,в) этот участок соответствует резкому изменению выходного напряжения от входного. Для кремниевого транзистора участок MN простирается от порогового напряжения 1)б9порЬ,Ь В до напряжения насыщения база -эмиттер f/Ba„ac«0,8 В.

При напряжении база - эмиттер, вызывающем насыщение, коллекторное напряжение резко падает. Оно может быть примерно от О до 0,4 В, причем большему напряжению насыщения коллектор - эмиттер соответствует меньшее коллекторное сопротивление.

Напомним, что режим насыщения определяется как релим, при котором в прямом направлении смещен не только эмиттерный, но и коллекторный р-п переход. Например, при напряжении /Баиас=+0,8 В напряжение коллектор - база может быть равным Uke= -0,7 В, а напряжение икэнас=икв + иБэ = -0,7 + + 0,8=+0,1 В. О степени насыщения транзистора судят, сравнивая базовый ток с минимальным базовым током, вызывающим насыщение. При насыщении 1к нас= {Un-Окэ нас)/Як-Un/R. ЕсЛИ

коэффициент передачи тока транзистора при больших сигналах равен Ii2]9, то минимальный ток базы, вызывающий насыщение, равен

/б mill = г Hac/2ia.

(14.2)

Степень насыщения

S = Iб/IEm\u = h2\9lб/Iк нас-

(14.3)

Динамический режим. Пусть напряжение генератора, управляющее переключением ключа, имеет ступенчатую форму (рис. 14.3). На том л<е рисунке показано, что базовый ток начинает течь не в момент положительного перепада напряжения генератора, а с запаздыванием на время 1з.ф. Это время необходимо для того, чтобы входная емкость, а также емкости эмиттерного и коллекторного переходов зарядились через базовое сопротивление и напряжение база - эмиттер достигло порогового значения, отпирающего транзистор напряжения.

При достаточно большом перепаде напряжения входного генератора можно пренебречь напряжением база - эмиттер и считать



Рис. 14.3. Временные зависимости изменения токов базы и коллектора прн прямоугольном характере изменения напряжения генератора, управлиющего работой транзисторного ключа с ОЭ

базовый ток постоянным, что и показано на рис. 14.3.

При заряде указанных емкостей постоянным током напряление база - эмиттер изменяется линейно от напряления отпирания транзистора до напряжения, вызывающего насыщение. Для простоты зависимость коллекторного тока показана в виде наклонной прямой линии, достигающей значения тока насыщения. После того как коллекторный ток достиг значения тока насыщения, он больше не растет, но при этом продолжает накапливаться заряд в базе.

Заряд в базе продолжает нарастать и достигает стационарного значения, зависящего от степени насыщения.

В момент отрицательного перепада управляющего напряжения на входе ключа базовый ток изменяет полярность, так как происходит рассасывание заряда. При этом коллекторный ток остается равным току насыщения, пока не завершится рассасывание избыточного заряда и режим транзистора достигнет границы активной области. После этого коллекторный ток асимптотически стремится к нулю.

В соответствии с изложенным (см. рис. 14.3) время включения транзистора

teл=tэ.ф + tn, (14.4)

где t3.0 - время задерлки фронта импульса коллекторного тока; /„ - время нарастания фронта импульса коллекторного тока, часто называемое временем или длительностью фронта. Время выключения

teыкл=ts.c + U, (14.5)

где ta.c - время задержки среза импульса; - время или длительность среза импульса. Для определенности длительности среза и фронта измеряют как время изменения коллекторного тока от 0,1 до 0,9 тока насыщения.

Среднее время задержки распространения сигнала. Быстродействие ключа характеризуют средним временем задержки распространения сигнала, равным

Повышение быстродействия. Для уменьшения времени задержки фронта и времени включения иногда применяют ускоряющий конденсатор. Он подключается параллельно базовому сопротив-




лению в схеме на рис. 14.1 и при достаточной емкости передает почти все напряжения Ег на базу транзистора. В микросхемах нежелательно применять конденсаторы, занимающие большую площадь, поэто-

Фму этот метод применяется редко. , Быстродействие микросхем повышают,

используя диод Шотки (рис. 14.4), который включают между базой и эмиттером транзистора. Напряжение отпирания диода Шотки (0,4 В) несколько меньше, чем коллекторного перехода (0,5-0,6 В). Диод Шотки препятствует накоплению зарядов в базе транзистора и сам не накапливает зарядов. У диода Шотки отсутствует диффузионная емкость, а имеется только барьерная. Объясняется это тем, что он работает на основных носителях. Его выпрямляющий контакт является контактом типа металл - полупроводник, причем металл напыляется на эпитаксиальный слой полупроводника. Подключение диода Шотки значительно повышает быстродействие транзисторного ключа. Недостатком схемы является некоторое остаточное напряжение коллектор - эмиттер, когда транзистор полностью открыт. В самом деле, если f/Ba = 0,8 В, а Ukb=-0,A В, то f/if9=f/ifB+f/B3=-0,4 + 0,8 = 0,4 В.

Рис. 14.4. Схема транзисторного ключа с диодом Шотки

14.2. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ТОКА

Дифференциальный усилитель, подробно описанный в гл. 10/ широко используется в качестве ключевой схемы. Схема переклю- чателя тока (рис. 14.5) получила свое название вследствие того, что ток /о генератора стабильного тока (ГСТ) переключается входным напрялсением из одного транзистора в другой. Переключатель тока является дифференциальным усилителем, на один вход которого подано постоянное капряжение, называемое опорным.

Статический режим. В гл. 10 было показано, что приращение коллекторного тока дифференциального усилителя согласно (10.10)

равно


MK={Iomi\\{udl2Ur).

(14.7)

Рис.

тока

14.5. Схема переключателя

Там же было показано, что при Hg = 4/7r«0,l В A4i = 0,96/o/2. Очевидно, что при этом ток первого транзистора равен 1к\ = 1о12 + -f 0,96/о/2 = 0,98/о, а ток второго транзистора iif2 = 0,02/o. Следовательно, для перевода переключателя тока из одного состояния в другое



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 [103] 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0015