ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 117
Скачиваний: 0
Потенциал ііо.э на основании теоремы наложения является разностью потенциалов, создаваемых этими токами:
и„ |
Ь'г |
R i |
R 6 |
> о |
= и а |
/?б |
R, — L |
|
|
*1 ' |
R 1 ~г R > |
|
||
Q l
Решая это неравенство относительно £/ВХ/п, получим
> Е6 |
4 / во Я, • |
(1.31) |
Вторым членом в этом неравенстве можно пренебречь. При этом получим соотношение
и п т > Е б - * ! ~ - |
(1.32) |
УѴ> |
|
Если отдельный источник смещения отсутствует и его роль выполняет коллекторный источник (см. рис. 1.11,6), амплиту ду входного импульса можно определить из соотношения
Un m > £ * - % - ■ |
(1.33) |
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1.Найдите амплитуду выходного импульса транзисторного
ключа, |
если / к„=Зм'кА, RK 1 к О м /10 кОм; /Гк = 10 В, |
£ К ,9 Н = |
0 , 1 В . |
53
2. Найдите амплитуду входного импульса для схемы рис. 1.10,
если дано: |
/ к.„ =10 мА, s = 2, R K=1 кОм, Ri = 3 кОм. |
3. Каким должно быть сопротивление R1 в схеме 1.11, о, ес |
|
ли Е6 = 2 |
В, R$ =3 кОм, UBXm= 5 В. |
4. Как |
влияет температура на амплитуду выходного им |
пульса? |
|
§1.6. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
ВТРАНЗИСТОРНОМ КЛЮЧЕ
1.Применение метода заряда для расчета переходных процессов в транзисторном ключе
Основными причинами, ограничивающими быстродействие транзисторного ключа, является инерционность процессов на копления и рассасывания заряда неосновных носителей в базе (время переноса носителей) и инерционность процессов пере заряда емкостей р—я переходов.
Рассмотрим |
переходные |
процессы |
в транзисторном ключе |
|
с общим эмиттером (см. рис. 1.10). |
Переходные |
процессы в |
||
схеме рис. 1.11 |
аналогичны |
и поэтому не будут |
специально |
|
рассматриваться. |
|
|
|
|
Используем для анализа переходных процессов в транзис торном ключе метод заряда. Метод заряда основан на исполь зовании соотношений, связывающих токи базы и коллектора с зарядом неосновных носителей, накопленных в базе. Прибли женно принимается, что ток коллектора в активном режиме ли нейно связан с накопленным зарядом
Q Ѵ к |
ДQ |
^ |
Д'к |
(1.34) |
|
|
Ток базы в транзисторе для активного режима и режима насыщения выражается следующим соотношением:
dQ
(1.35)
,б “ ~ d t
где
_dQ_ — ток базы, вызываемый изменением накопленного за dt
ряда неосновных носителей в базовой области;
Q— ток базы, вызванный рекомбинацией носителей в ба зовой области;
54
t 3— постоянная времени нарастания заряда в схеме с об
щим эмиттером, равная времени жизни неосновных носителей в базе.
Для бездрейфового транзистора
тß /-S»/ |
1,22 р |
(1.36) |
2r J |
||
|
J а |
|
Для равновесного состояния, когда производные по време ни равны нулю, получим:
Ч |
(1.37) |
Таким образом, линейная зависимость между током базы и накопленнным зарядом справедлива только в равновесном со стоянии в режиме насыщения и активном режиме.
Для границы режима насыщения
/б.„ = ~ - г- - |
(1.38) |
||
Разделив соотношение (1.37) на (1.38), получим: |
|||
ja_ |
0_ |
(1.39) |
|
7о.и |
Qcp |
||
|
|||
Следовательно, коэффициент |
насыщения |
транзисторного |
|
ключа можно трактовать как отношение заряда, накопленного в базе в режиме насыщения, к заряду в базе на границе режи ма насыщения.
Рассмотрим переходные процессы в транзисторном ключе при скачке тока' базы и пренебрежении емкостными токами.
Пусть в момент 7 = 0 ток базы изменяется скачком от /б0 до 1М на величину А/б = /б1 — /б0 (рис. 1.22).
Заряд, накопленный в базе в соответствии с уравнением (1.37), должен измениться за время переходного процесса от Q{) = /б() г, до О»« = /б1 Тр (рис. 1.22). Следовательно,
Q - - Q o - * p A / e . |
(1-40) |
Изменение заряда во времени при 7>0 (і6 = /б1) можно найти, решая уравнение (1.35). Уравнение заряда (1.35) в этом случае для /> 0 можно записать в виде
dQ |
, |
Q |
и г |
+ |
- /б1 |
55
или
dQ
С3 dt |
Q - |
/ 6i |
(1.41) |
|
|
|
Уравнение (1.40) соответствует уравнению (1), анализ ко торого проведен в § 3 введения. Из этого анализа следует, что
Рис. 1.22
переходный процесс изменения заряда, описываемый уравне нием (1.41), будет происходить по экспоненте с постоянной вре мени (рис. 1.22):
56
Q (0 = (Q- - Qo) (1 |
- e |
) -f Q„ • |
(1.42) |
|
Зависимость приращения заряда от времени при создании |
||||
скачка тока базы можно найти из соотношении (1.40) |
и (1.42): |
|||
|
t |
|
_ |
t__ |
bQ(t) = Q{t)~Qo = (Q ~ - Q o ) (l - e " '3) = |
*:A I6( l - e |
^ ). (1.43) |
||
С учетом равенств (1.34) |
можно записать |
|
||
|
|
__ t_ |
|
|
MK(t) = |
A/ö Э(1 - |
f |
4 ) . |
(1.44) |
Из уравнения (1.43) следует, что при изменении скачком то ка базы ток коллектора будет изменяться по экспоненте с той же постоянной времени, что и накопленный в базе заряд. Это соотношение справедливо для активного режима. Поэтому при достижении током коллектора насыщения возрастание /к. пре кращается (рис. 1.22).
Формула длительности временного интервала переходного процесса tn, в течение которого заряд в базе достигает неко торого заданного значения Qn, может быть получена анало гично формуле (10):
tn= 1п qI-
2. Переходные процессы при замыкании транзисторного ключа
Рассмотрим процессы замыкания ключа (см. рис. 1.10) при подаче входного импульса.
Процесс замыкания транзисторного ключа можно разде лить на два этапа — формирование фронта выходного импуль са и накопление избыточного заряда (рис. 1.23).
Формирование фронта При анализе будем пренебре
гать токами запертого транзистора, полагая /б0 — 0, /к0 = 0, т. е. считать, что ток базы в момент отпирания транзистора из меняется скачком от нуля до
61 “ Я, Яб - я ,
В процессе формирования фронта рабочая точка находится в активной области характеристик, перемещаясь из точки А в точку В (рнс. 1.12,6). При этом коллекторный ток и накоплен ный в базе заряд меняются по экспоненциальному закону. Пе-
57
58
ренеся |
начало |
отсчета |
времени |
в точку (ь из |
соотношении |
(1.42) |
и (1.43) |
при Qо = 0 можно записать |
|
||
|
|
/к — Р Ліі (1 |
е___ /_ |
(1.46) |
|
|
|
ѵ ) ; |
|
||
|
|
Q ^ |
Ли О |
д___Ч ) . |
|
Процесс возрастания коллекторного тока прекратится при t = /+, так как рабочая точка перейдет в режим насыщения и
линейность зависимости между зарядом и током коллектора нарушится.
Длительность фронта выходного импульса, таким образом, можно определить как длительность изменения накопленного в базе заряда от нуля до Qrp = /д.н (рис. 1.23).
Подставив в формулу (1.45) соотношения:
Qo • 0 , |
Q n |
Д . н т .з, |
Q » ~ Д ] |
> |
|
|
получим |
|
|
|
|
|
|
/+ |
= т„ In |
0 - |
Ал |
|
|
|
h'.n 'о |
/сг |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
Поменяв знаки и сократив на т |
найдем |
|
|
|||
|
|
п |
Ли |
|
(1.47) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Разделив числитель и знаменатель дроби на /й.„, получим |
|
|||||
|
|
|
|
|
(1.48) |
|
Из формул (1.45) |
и (1.46) следует, что при увеличении |
/(И |
||||
(коэффициента s) длительность фронта |
уменьшается, |
так |
||||
как знаменатель дроби в уравнениях (1.47) |
и (1.48) при этом |
|||||
растет быстрее, чем числитель, и величина дроби уменьшает ся. Уменьшение с увеличением коэффициента s объясня
ется нарастанием скорости изменения заряда и тока коллекто ра при увеличении тока базы Ли (см. формулу (1.46).
Накопление избыточного заряда. В течение промежутка времени от ^ до іг токи в транзисторе остаются постоянными, но продолжается накапливание заряда в базе, т. е. увеличение концентрации неосновных носителей. В момент /3 процесс на копления заряда практически прекратится и заряд достигнет установившегося значения Q«..
59
Для упрощения расчета предполагается, что время жизни носителей в активном режиме х, и режиме насыщения хн
одинаковы. (В действительности хн = (0,5 0,9) х, и зависит
о: соотношения площадей эмиттера и коллектора.)
При таком предположении формула для определения уста
новившегося значения заряда имеет вид: |
|
бі • |
(1.49) |
Длительность процесса накапливания заряда |
|
/з - Q = 3 X, .
3, Переходные процессы при размыкании транзисторного ключа
Переходные процессы при размыкании транзисторного ключа (см. рис. 1.10) при прекращении входного импульса в момент /4 (рис. 1.23) можно разделить на два этапа — расса сывание избыточного заряда и спадание коллекторного тока.
Рассасывание избыточного заряда. Временем рассасывания tv называется длительность процесса уменьшения заряда, на копленного в базе от установившейся величины Q0 до заряда Qrp, соответствующего выходу транзистора из режима насы щения в активный режим. В течение процесса рассасывания избыточного заряда ток коллектора остается постоянным и равным току насыщения. Эмиттерный переход при этом имеет прямое смещение, которое создается полем, образуемым при уходе накопленных дырок из базы в коллектор. Поэтому в це пи базы протекает выключающий ток
Этот ток приближенно можно считать постоянным в процессе запирания ключа.
Длительность времени рассасывания может быть определе на по формуле (1.44) с учетом соотношений (отсчет вре мени от точки tPj:
Qo |
— Ац ”^ß) Qoo |
/б'> kß< Qn h , • |
При этом |
|
|
if = tb - t4 = |
Xp In |
(1.50) |
60