Стислі висновки:

1. Час вмикання і вимикання біполярного насиченого ключа за інших рівних умов (однакових схемах) визначається розмірами і співвідношенням, що вмикає (що втікає для n-р-n транзистора) і, що вимикає (що витікає) струмів.

2. Зменшення часу вмикання пов'язано зі збільшенням (форсуванням) струму, що вмикає. Відзначимо, що форсування струму, що вмикає, веде до зростання насичення транзистора.

3. Зменшення часу вимикання визначається не тільки збільшенням струму , що вимикає, але значенням струму , що вмикає. Цей зв'язок виключає можливість підвищення швидкодії ключа простим форсуванням струму , що вмикає і вимагає вибору оптимального співвідношення керуючих струмів біполярного ключа.

4. У силу того, що гранична напруга звичайно менше половини нап-руги живлення, значення струму , що вмикає,

=(U^"1"–U_бе)/(R_б+R_дж), завжди більше струму, що вимикає, =(U_бе–U^"0")/(R_б+R_дж).

1.2. Приклад розрахунку найпростішого насиченого ключа

Нехай необхідно реалізувати насичений ключ з часом перемиканні не гірше 50 нс і коефіцієнтом розгалуження 10. Напруга живлення 5 В. Можуть бути пред'явлені й іншої вимоги, які розглянемо нижче.

Простої методики розрахунку біполярного насиченого ключа виходячи, із заданої швидкодії не існує. Суворо говорячи, це класична обернена задача, рішення якої потребує застосування спеціальних прийомів. У практику при наближеному ручному розрахунку використовують широко відомий метод "проб і помилок". Звичайно, у цьому випадку оптимального рішення відшукати не вдасться. Ця ситуація характерна для всіх цифрових схем, якщо ціллю розрахунку є реалізація заданої швидкодії в схемі з дискретними компонентами. При розрахунках реальних інтегральних цифрових схем використовують точні описи нелінійних схем, реалізовані в спеціалізованих комп'ютерних програмах.

1. Центральний пункт у розрахунку біполярного насиченого ключа - вибір транзистора. Оскільки в цифрових елементах споживану потужність завжди прагнуть зробити мінімальної, а швидкодія максимальним, то необхідні мікроміцні транзистори (максимальна що розсіюється потужність – 30100мВт) із гранично припустимою колекторною напругою 10  15 В (чим нижче напруга живлення, тим вище, за інших рівних умов, швидкодія) і невисоким (звичайно менше 100) коефіцієнтом передачі по струму . У таких транзисторів повинна бути висока (до декількох гігаГерц) гранична частота посилення і малі (0.5 - 2 пФ) розміри колекторних і ємітерних ємностей. Параметри транзисторів, використовуваних у ІС фірмами-виробниками широко не публікуються, проте уявлення про типові транзистори для цифрової електроніки дає табл. 1, де приведені параметри деяких мікроміцних транзисторів. Нагадаю, що цифри після букви, що позначає технологічну групу, указують на конструктивне виконання транзистора в безкорпусному варіанті, орієнтованому на використання транзисторів у гібридних ІС. Всі транзистори виконані в інтегральній планарній технології.

Для нашого приклада візьмемо транзистор 2Т366В-1, у якого =50200, максимальний розмір колекторної ємності 1,8 пФ, гранична частота посилення 1000 мГц, максимально припустиме напруга колектора 15 В, максимально припустимий струм колектора 50 мА.

Таблиця 1

№	Найменування транзистора	Тип		Rб [Ом]	Ск [пФ]	Uкмакс [В]	Iкмакс [мА]	Fго [мГц]
1	2Т324А-1	npn	40	800	2.5	10	30	1000
2	2Т324Б-1	npn	80	1000	2.5	10	30	1000
3	2Т324В-1	npn	160	1200	2.5	10	30	800
4	2Т355	npn	180	1300	2.0	10	200	1000
5	2Т366А-1	npn	120	1100	1.1	15	50	1500
6	2Т366В-1	npn	120	1100	1.8	15	50	1500
7	2Т367А	npn	220	2000	1.5	15	50	1800
8	2Т372А	npn	50	800	1.0	25	30	2000
9	2Т381А-1	npn	50	600	1.0	25	30	2000
10	2Т381Б-1	npn	40	500	1.0	25	30	2000
11	2Т381В-1	npn	30	400	1.0	25	30	2000
12	2Т381Г-1	npn	20	200	1.0	25	30	2000
13	2Т382А	npn	18	300	2.0	15	30	1200
14	2Т384А-2	npn	10	200	4.0	30	30	600
15	2Т385А-2	npn	90	800	4.0	60	30	600
16	2Т396А-2	npn	140	1200	1.5	15	30	1800
17	2Т397А-2	npn	150	100	1.3	25	30	2000
18	2Т3115А2	npn	15	600	0.6	10	50	2500
19	2Т3117А	npn	120	1000	10	60	200	500
20	2Т3120А	npn	40	600	2.0	15	100	1000

2. Вибір значення колекторного струму насичення. Існують два можливих шляхи рішення цієї проблеми:

Якщо задано значення припустимої споживаної потужності, то колекторний струм насичення визначається зі співвідношення

Якщо значення припустимої споживаної потужності не задано, то колекторний струм насичення визначається з припустимого струму колектора .

В аналізованому прикладі приймемо 35 мА.

3. Розрахунок колекторного резистора. При відомому значенні колекторного струму насичення колекторний резистор визначається з уже

відомого співвідношення . В аналізованому прикладі R_к = 140 Ом.

Необхідно пам'ятати, що значення напруги живлення може бути задано з деяким технологічним допуском _дж. Як правило _дж = ±5%. Задане значення колекторного струму повинно бути забезпечено навіть при мінімальній напрузі живлення. Отже, розрахункова формула для визначення колекторного резистора повинна включати і технологічне відхилення живлення .При цьому випадку R_к=126 Ом.

Резистори в електронних схемах виконуються також із деяким технологічним допуском _R. Залежно від функціональних задач вузла що розраховується можна дотримуватися або заданого технологічного допуску, що звичайно істотно збільшує вартість виробу, або примиритися з існуючими технологічними похибками при виготовленні резисторов і забезпечити необхідне значення колекторного струму в найгіршому випадку. Тоді визначена вище змінна R_к має сенс максимально допустимого значення R_к.макс, а номінальне значення

Якщо планується виготовлення цифрового вузла у вигляді ІС (гібридної або напівпровідникової), то технологам може бути заданий розрахункове значення R_к. Якщо буде виготовлятися дискретна конструкція електронного вузла, то номінальне значення колекторного резистора треба вибрати зі стандартного ряду резисторів із відомим відхиленням _R.

4. Розрахунок резистора в ланцюзі бази. Цей резистор повинний забезпечити необхідний ступінь насичення (при відомому струмі колектора). Отже, необхідно визначити ступінь насичення транзистора. Якщо задано коефіцієнт розгалуження, то ступінь насичення визначається співвідношенням S=_мін/(_мін-N), де N - ступінь розгалуження. Нехай у нашому випадку S=1,25. Тепер можна визначити номінал резистора бази

У цьому виразі варто пояснити перезмінну . Це значення визнача-ється виразом =Е_дж(1+_дж)-КI_бR_к. У нашому випадку = 3.5 В. Тоді мінімальне значення R_б=3 кОм.

5. Визначення часу вмикання і вимикання ключа проводиться по формулах 9.1 - 9.4 [3] з урахуванням технологічних відхилень. Тут припускаємо, що значення колекторної та ємітерної ємностей однакові, а ємність навантаження відсутня.

Отже, у нашому розрахунку час вмикання 47 нс, і час вимикання 48 нс. Отримані результати перевіряємо шляхом моделювання в програмах MicroCap 5, PSpice або Microsim.