Определение порогового напряжения переключения транзистора.

Инвертор имеет два пороговых напряжения переключения ‑ U_П1 и U_П2, причем U_П2 более положительный чем U_П1 (для n-p-n). U_П1 ‑ это такое входное напряжение при котором транзистор переходит из отсечки в линейный режим. Определяется исходя из неравенства U_Б,ХХU_БЭ, решается относительно U_Х. U_П2 это такое входное напряжение при котором транзистор переходит из линейного режима в насыщение.

I_RБ-I_С=I_Б,Н ‑ это уравнение также решается относительно U_Х.

На входе НУ:

Отключаем транзистор от U_Б и ищем U_Б,ХХ=((U_Х,Н/R_Б)-(E_С/R_C))/(1/R_Б+1/R_С)0

Для кремниевых транзисторов U_Б,ХХ0,3B. Цепочка Е_СR_C обеспечивает запирание. В результате получается следующая схема замещения:

Так как Iкт повышает напряжение в Б то

U_Б=((U_Х,Н/R_Б)-(E_С/R_C)-I_КТ)/(1/R_Б+1/R_С)0

в результате получаем U_Б<0, переход БЭ закрыт и переход БК закрыт, поэтому транзистор находится в отсечке и схема замещения имеет вид:

U_Y=E_К - I_КТ*R_К=E_К=U_Y

Таким образом величина НУ=0,1В, а ВУ=Е_К.

Расчет коэффициента разветвления.

Считаем что к инвертору подключены такие же инверторы при этом коэффициент считаем для двух режимов:

1. когда транзистор источник открыт;

2. когда транзистор источник закрыт.

N₀ - при открытом; N₁ - при закрытом.

N=min(N₀,N₁).

При расчетах часто бывает известным какое из N будет меньшим, в таком случае расчет проводят только для одного из режимов. Для инвертора худшим является режим когда транзистор источник закрыт. Для расчета рисуем выходные цепи источника и входные приемника.

Транзистор VT₀ закрыт следовательно на его выходе ВУ и следовательно транзисторы приемники должены быть в насыщении. Поэтому заменим транзистор источник схемой замещения со стороны коллектора, а транзисторы приемники ‑ схемой замещения со стороны базы.

Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для узла коллектора

I_Rк=I_КТ+I_К=I_КТ+N*I_Rб,

Анализ формулы показывает что с увеличением N увеличивается ток нагрузки, что вызывает увеличение тока I_rк , это приводит к увеличению падения напряжения на R_К и следовательно U_Y уменьшается. Таким образом при подключении нагрузки происходит понижение ВУ на выходе и следовательно при увеличении нагрузок будет нарушена логика работы схемы. Следовательно, условием нормальной работоспособности схемы будет неравенство

U_Y,В>U_П2,

U_Y находится по методу двух узлов.

((E_К/R_К)-I_КТ+(N*U_БЭ/R_Б))/((1/R)+(N/R_Б))>U_П2;

Из этого неравенства находится N .

Цепочка фиксации.

Для того чтобы ВУ не понижался при подключении нагрузки, к коллектору подключается цепочка фиксации состоящая из диода фиксации и источника напряжения фиксации.

Величина Е_Ф должна быть в 25 раз меньше Е_К. Когда транзистор открыт, на выходе НУ, поэтому VD_Ф закрыт и практически не влияет на работу схемы. Когда транзистор начинает закрываться напряжение на выходе начинает повышается и стремится к Е_К. Когда оно достигает величины приблизительно Е_Ф, диод VD_Ф открывается и напряжение на выходе фиксируется на уровне U_Y,В=Е_Ф+U_VDф. Таким образом при подключении нагрузки U_Y остается постоянным. С увеличением нагрузок происходит уменьшение тока через диод VD_Ф и когда ток I_VDф будет приблизительно равен нулю, VD_Ф закроется и напряжение начнет понижаться. Таким образом неравенство для расчета нагрузочной способности с диодом I_VDф>0.

Исходя из принципа работы цепочки фиксации можно определить что эта цепочка также уменьшает длительность переходного процесса на выходе всвязи с тем ,что напряжение на выходе увеличивается не до Е_К, а до Е_Ф . Построим временные диаграммы без цепочки и с цепочкой фиксации .

В исходном состоянии НУ напряжения . В базе протекает I_КТ , на выходе Е_К (без цепочки) , и Е_Ф (с цепочкой ) . На выходе переключается в ВУ, поэтому I_Б переключит транзистор в насыщение .