3.1.6 Способы повышения быстродействия ключа. Ключ с форсирующим конденсатором в цепи базы
Как видно из диаграмм рис. 3.4, а, б, для уменьшения времени включения ключа необходимо уменьшать длительность фронта нарастания тока коллектора . Это достигается путем увеличения открывающего тока базы : накопление заряда в базе происходит быстрее и быстрее достигается уровень .
Для уменьшения
времени выключения необходимо уменьшать
время рассасывания избыточного заряда
и время спада
.
Первое возможно за счет снижения степени
насыщения БТ перед началом выключения,
то есть за счет снижения открывающего
тока базы
,
а также за счет увеличения закрывающего
тока базы
.
Второе также обеспечивается путем
увеличения тока
.
Таким образом, для повышения быстродействия ключа временная диаграмма тока базы должна выглядеть так, как показано на рис. 3.5.
|
Рисунок 3.5 – Желаемые временные диаграммы ключа |
До момента
ключ закрыт. На время включения с момента
до момента
подается большой открывающий ток базы
,
форсирующий процессы открывания. По
окончании открывания ток базы уменьшается
до минимально необходимого для поддержания
БТ в насыщении уровня
.
Это обеспечивает минимальную степень
его насыщения перед началом закрывания
ключа, которое в общем случае неизвестно
во времени.
На время выключения
с момента
до момента
в базу подается большой закрывающий
ток
и обеспечивается быстрое выключение
ключа.
Желаемая диаграмма изменения тока базы наилучшим образом реализуется в схеме ключа с форсирующим конденсатором в цепи базы БТ (рис. 3.6, а).
|
|
а) |
б) |
Рисунок 3.6 – Схема ключа с форсирующим конденсатором |
|
При
открывании ключа в момент
(рис. 3.6, б) напряжение на входе скачком
изменяется от низкого уровня до высокого.
Конденсатор начинает заряжаться током
,
который из-за малого сопротивления цепи
заряда оказывается достаточно большим.
Процесс включения ключа форсируется.
По мере заряда конденсатора ток базы
уменьшается. Если емкость конденсатора
подобрана правильно, то окончание его
заряда совпадает с моментом окончания
процесса включения ключа. Далее ток
базы
определяется только резистором
.
На этапе выключения, когда напряжение на входе скачком уменьшается до низкого уровня, напряжение заряженного конденсатора минусом прикладывается к базе, и конденсатор разряжается по низкоомному пути через эмиттерный переход. Возникает большой закрывающий ток , форсирующий процесс выключения ключа.
Применение форсирующего конденсатора позволяет повысить быстродействие ключа примерно на порядок.
3.1.7 Ключ с нелинейной обратной связью. Транзистор Шоттки
Схема ключа представлена на рис. 3.7, а.
При низком уровне
напряжения на входе
В диоды
и
закрыты, БТ находится в отсечке, ключ
закрыт. Закрытое состояние обеспечивается
благодаря резистору
.
При
повышении напряжения на входе одновременно
увеличивается напряжение в точке «а»
и как только это напряжение достигает
уровня
В, диод
и переход база-эмиттер БТ открываются.
БТ переходит в активный режим, появляется
ток коллектора, напряжение на выходе
ключа
начинает уменьшаться. Пока это напряжение
остается больше напряжения в точке «а»,
диод
закрыт и не оказывает влияния на работу
схемы. Как только
становится равным
,
диод открывается, и выходное напряжение
фиксируется на уровне
В (3.1.9)
(рис. 3.7, б). Ключ – в открытом состоянии. При этом переход база-коллектор БТ находится под нулевым смещением и закрыт, а сам БТ остается в активном режиме.
|
|
а) |
б) |
Рисунок 3.7 – Схема ключа с нелинейной обратной связью |
|
Благодаря
активному режиму БТ в открытом состоянии
ключа на этапе выключения отсутствует
интервал рассасывания избыточного
заряда из базы (
),
поэтому уменьшается время выключения
ключа.
Недостатком ключа является повышенное значение напряжения низкого уровня на выходе. Для снижения этого напряжения вместо двух диодов на основе p-n-перехода используют один диод Шоттки, который включают параллельно коллекторному переходу БТ (рис. 3.8, а). Комбинация БТ и диода Шоттки получила название транзистора Шоттки (рис. 3.8, б).
|
|
а) |
б) |
Рисунок 3.8 – Эквивалентная схема(а) и обозначение транзистора Шоттки (б) |
|
По
сравнению с диодом на основе p-n-перехода
диод Шоттки имеет меньшее падение
напряжения в открытом состоянии:
В. Поэтому в ключе при открывании, когда
напряжение на выходе понижается, первым
открывается диод Шоттки, и напряжение
на нем и коллекторном переходе фиксируется.
При этом переход база-коллектор, несмотря
на прямое смещение, остается закрытым,
так как напряжения не достаточно для
его открывания. Следовательно, БТ в
открытом состоянии ключа пребывает в
активном режиме. Напряжение низкого
уровня на выходе ключа составляет
В, (3.1.10)
что меньше, чем в предыдущей схеме.