Файл: Кузьмич, В. И. Основы импульсной техники учебник.pdf

ся тем, что увеличение s соответствует увеличению накоплен­ ного в базе заряда и требуется больше времени для его расса­

Спай импульса коллекторного тока. В момент t5 (рис. 1.23),

когда транзистор выходит из режима насыщения, начинается переход рабочей точки из В в А (см. рис. 1.12,6). При этом заряд в базе уменьшается от Q,.,, до нуля.

Найдем длительность /~, принимая уровень отсчета нача­

ла фронта равным Qrp и конца фронта равным 0,05 Qrp. Ис­ пользуем для этого уравнение (1.45), перенеся начало коорди­ нат в точку t = i$. При этом с учетом соотношений

этом случае уход дырок из базы в коллектор за счет диффузии нарушает нейтральность базы и создает положительное на­ пряжение на эмиттере относительно базы. Это приводит к ин­ жекции дырок из эмиттера, что поддерживает накопленный за­ ряд в базе, который уменьшается только за счет рекомбинации инжектированных дырок в базовой области.

Если после выключения входного импульса существует ток /б2, то при уходе дырок из базы в коллектор часть некомпен­ сированных электронов уходит из базы, притягиваясь к зажи­ му базового источника Еб. При этом для восстановления ней­ тральности базы необходима меньшая плотность инжектиро­ ванных эмиттером дырок. Ток эмиттера и заряд в базе умень­

61

шаются, время рассасывания избыточного заряда и время спада сокращаются.

*1. Расчет длительности переходных процессов в транзисторном ключе с учетом емкости коллекторного перехода

В быстродействующих транзисторных ключах при расчете переходных процессов кроме времени накопления носителей в базе необходимо учитывать время перезаряда емкостей пе­ реходов, которые ограничивают скорость изменения напряже­ ния на переходах, а следовательно, быстродействие ключа.

Рассмотрим влияние на длительность переходных процес­ сов емкости коллекторного перехода Ск, так как это влияние обычно оказывается более существенным, чем влияние емкос­ ти эмиттерного перехода, которая шунтируется малым актив­ ным сопротивлением открытого перехода.

С учетом емкостного тока коллекторного перехода и равен­ ства нулю емкостного тока эмиттерного перехода уравнение (1.35) можно записать в виде

Будем считать, что ток базы изменяется скачком и остает­ ся постоянным во время переходного процесса (/б — hi)-

Полагая, что rf«K.6 —duK,3. изменение напряжения на коллек­ торе с учетом соотношений (1.34) можно выразить через за­ ряд, накопленный в базе:

Подставляя эту формулу в (1.53), уравнение заряда можно привести к виду

переходных процессов с учетом емкости коллектора.

62

Уравнение (1.5G) имеет тот же вид, что и (1.41), и отлича­ ется только постоянной времени тэ при первой производной. Следовательно, при подаче на вход скачка тока переходные процессы в ключе с учетом емкости коллекторного перехода будут протекать по экспоненте с постоянной времени ~э > ~г

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Нарисуйте и поясните временные диаграммы токов и на­ пряжений транзисторного ключа при различных

2.Нарисуйте и поясните временные диаграммы для различ­ ных s и / 6.,.

3.Поясните влияние на переходные процессы емкости кол­ лекторного перехода.

4.Нарисуйте временные диаграммы работы транзисторно­

го ключа при различных R K, 7?б, £/вхот.

§ 1.7. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

1. Требования к форме базового тока быстродействующего транзисторного ключа

Из формулы длительности переходных процессов следует, что для увеличения быстродействия ключа необходимо обеспе­ чить выполнение следующих требований:

1. Применять транзисторы с малой величиной тр, т. е. тран­ зисторы с большими предельными частотами /„.

2.Увеличивать отпирающий ток базы /61 для уменьшения длительности фронта t^.

3.Уменьшать ток базы в режиме насыщения /б| для умень­ шения накопленного заряда и времени рассасывания

4.Увеличивать обратный базовый ток ІСг, для уменьшения времени рассасывания и времени спада коллекторного тока.

Требования 2 и 3 являются противоречивыми и могут быть выполнены в том случае, если ток базы будет иметь форму, аналогичную показанной па рис. 1.24. При такой форме тока базы длительность фронта уменьшается и определяется током базы при формировании фронта. Время рассасывания мало, так как насыщение в транзисторе не будет глубоким. Время спада и время рассасывания уменьшаются за счет большого тока 1(у, при формировании спада импульса.

Схемные способы увеличения быстродействия транзистор­ ного ключа заключаются в приближении формы тока базы к

63

форме тока, показанного на рнс. 1.23 для насыщенных ключей, или в уменьшении и даже устранении насыщения транзистор-

— ' ключа.

Используются следующие схемные методы увеличения бы­ стродействия транзисторного ключа:

1.Увеличение напряжения смещения Ей.

2.Применение ускоряющих (форсирующих) конденсаторов.

3.Применение ненасыщенных ключевых схем (ключей с нелинейной обратной связью).

64

2. Увеличение быстродействия транзисторного ключа за счет увеличения напряжения смещения

Напряжение смещения Ей служит для запирания транзис­ тора в исходном состоянии. Это напряжение определяет вы­

личения Е6 можно уменьшить длительность переходных про­ цессов и увеличить быстродействие схемы. Однако следует иметь в виду, что при увеличении Еб ток транзистора в откры­ том состоянии

R\ Ro

уменьшается и для его поддержания нужно увеличить ампли­ туду входного импульса.

3. Транзисторный ключ с ускоряющим конденсатором

(рис. 1.25)

Конденсатор С в этом ключе служит для увеличения тока базы во время переходных процессов в транзисторе. Мри этом происходит уменьшение длительности переходных процессов. Резистор RI служит для ограничения базового тока. Резис­ тор Rr — внутреннее сопротивление генератора.

Б исходном состоянии схемы транзистор заперт. При пода­ че отрицательного входного импульса происходит процесс от­ пирания транзистора и заряда конденсатора С. Для тока заря­ да конденсатора с учетом боычно выполняемых соотношений

Rr € R\ • Rr >

можно записать

где

гвХ — входное сопротивление транзистора; Umm — амплитуда входного импульса;

— постоянная времени заряда конденсатора С.

Напряжение на конденсаторе С в процессе заряда изменяет­ ся по закону

Ток базы во время переходного процесса равен сумме то­ ков іс и іи (рис. 1.26).

0 - Е к

Рис. 1.25

Процесс заряда конденсатора практически прекратится при ^>3т. После этого ток конденсатора станет равным нулю, ток базы — установившемуся значению

г^вхт

61 “ Я, f R r

Так как выполняется соотношение Я, > RT, ток базы в установившемся режиме /б, будет в несколько раз меньше ам­ плитудного значения Таким образом, ускоряющий кон­ денсатор обеспечивает увеличение тока во время образования фронта импульса, а следовательно, и увеличение быстродеи-

66

ствия схемы. Ток базы в установившемся режиме / б| выбором резистора R1 можно сделать близким к току насыщения и тем уменьшить коэффициент насыщения и время рассасывания из­ быточного заряда.

Конденсатор С ускоряет также процесс выключения тран­ зисторного ключа, так как после прекращения входного им­ пульса он разряжается через входную цепь транзистора. Ток разряда определяется формулой

t

6Т

где

Временная диаграмма изменения тока базы в транзистор­ ном ключе с ускоряющим конденсатором приведена на рис. 1.26.

4. Ненасыщенный транзисторный ключ

Для устранения процесса рассасывания в транзисторном ключе и фиксации рабочей точки открытого транзистора вбли­ зи области насыщения применяют транзисторный ключ с нели­ нейной обратной связью. В таком ключе задержки спада им­ пульса за счет рассасывания не происходит.

<9- Е к

Рас. 1.27

Рассмотрим схему транзисторного ключа (рис. 1.27), в ко­ торой между коллектором и входной цепыо включен диод Д, а во входную цепь включен источник постоянного смещения Е. Будем считать, что входное сопротивление открытого транзис­ тора равно нулю. Тогда потенциал базы открытого транзис-

68