Организация базовой цепи инвертора. Оптимальная фома базового тока.

В исходном состояниb транзистор закрыт и в базе ток I_КТ. В момент изменения U_Y в ВУ в схеме необходимо обеспечить большой ток I_Б, при этом обеспечивается быстрое включение транзистора, но как только транзистор откроется, то есть дойдет до границы насыщения, ток базы необходимо уменьшить так, чтобы транзистор остался в насыщении. Если транзистор находится на границе насыщения, то t_{РАССАСЫВАНИЯ}=0.

Если входное напряжение переключится в НУ, в схеме протекает выключающий ток I_Б2. В этот период на входе НУ, а переход БЭ открыт из-за наличия емкости С_БЭ , поэтому в схеме протекает большой ток I_Б2 и когда переход БЭ закрывается ток базы уменшается до I_КТ, то есть увеличение I_Б2 вызывает быстрое выключение транзистора. Для достижения оптимальной формы I_Б применяют два способа:

1). использование форсирующей емкости;

2). использование нелинейной отрицательной обратной связи.

Инвектор с форсирующей емкостью.

Пусть на входе НУ.

Емкость заряжена полярностью “+‑”. Когда транзистор источник закрывается, в момент коммутации емкость представляет собой источник ЭДС, но с нулевым сопротивлением. Так как емкость практически разряжена, то весь ток от источника пойдет через емкость, то есть в момент коммутации емкость шунтирует R_Б. В базе протекает ток который определяется величиной Rк элемента-источника. В установившемся режиме величина I_Б будет меньше чем при переходном процессе, так как в цепь включен дополнительный резистор R_Б. В установимшемся режиме

R_ВХ=(E_К-U_БЭ)/(R_К+R_Б),

а в момент коммутации

I_ВХ(0)=(E_К - U_БЭ - U_С(0))/R

Емкость заряженна (левая “+”, правая более отрицательная). При выключении в момент коммутации выключающий ток базы протекает также не через R_C, а через конденсатор С_Ф, каторый шунтирует R_Б. Происходит разряд емкости и по мере выключения транзистора выключающий ток уменшается.

Переключение из ВУ в НУ.

В момент коммутации емкость шунтирует резистор и выключающий ток протекает через емкость, минуя резистор R_Б, через источник входного сигнала, как правило через открытый транзистор. Таким образом сопротивление цепи разряда емкости очень мало и в схеме протекает большой выключающий ток.

Оптимальная оптимальная форма тока базы обеспечивается тем, что по мере развития переходного процесса ток уменьшается до I_КТ. Таким образом мы получили форму тока каторая похожа на оптимальную.

Нелинейная отрицательная обратная связь (ноос).

Диоды VD₁, VD₂ называются диодами смещения. Их может быть разное количество. VD_ОС ‑ диод обратной связи (ОС). Рассмотрим принцип работы схемы.

Е_С должно быть небольшим либо R_С подключается на землю. Когда

напряжение на входе соответствует НУ, диоды смещения закрыты и транзистор закрыт, на выходе ВУ. Когда напряжение на входе переключается в ВУ, диоды смещения открываются и в базе появляется ток, транзистор начинает отрывается и напряжение на выходе понижается, диод VD_OC закрыт. когда напряжение на выходе достигает определенного уровня (для этой схемы ‑ 1,4В), диод ОС открывается и часть тока I_RБ, а следовательно и I_Б, будет протекать через VD_OC. При этом транзистор будет находится в линейном режиме в окрестностях границы насыщения. Таким образом, когда транзистор достигнет границы насыщения I_Б снизится, что и требуется для организации оптимальной формы тока I_Б, причем время рассасывания при выключении можно считать равным нулю.

Когда напряжение на входе переключается в НУдиоды смещения закрываются, диод эмитера еще открыт и в схеме протекает выключающий ток I_Б2 через цепочку смещения. После запирания диода эмитера выключающий ток снизится до I_КТ.

Определим состояние транзистора когда на выходе ВУ(транзистор открыт и диод ОС открыт ). Нарисуем схему замещения со стороны базы.

n=2; U_Б=U_БЭ=0,7 В

U_А=U_Б+n*U_ДС=2,1 В

U_Y=U_А - U_ДОС=1,4 В

Схема обеспечивает максимальное быстродействие инвертора. Недостаток ‑ ухудшение помехоустойчивости. Условием применения НООС является закрытое состояние диода коллектора.

Определим минимальное количество диодов смещения, которое необходимо для нормальной правильной работы НООС:

U_Б=U_БЭ;

U_К=U_БЭ+n*U_ДС - U_ДОС

Условие закрытого состояния диода коллектора:

U_Б - U_К < 0,3 В

U_ДОС - n*U_ДС < 0,3В

n  (U_ДОС - 0,3)/U_ДС=0,4/0,70,57 В

Схема будет работать если n=1.

Если VD германиевый, то диоды можно не ставить, так как падение напряжения на них не более 0,3 В.

В интегральных микросхемах в качестве диода ОС используют диод Шоттке. Диод Шоттке представляет собой контакт полупроводника с металлом у которого малое время восстановления и малое падение напряжения в открытом состоянии (около 0,2В). Транзистор у которого между коллектором и базой включен диод Шоттке называется транзистором Шоттке.

Рассчитаем схему :

I_Б=I_RБ - I_C

I_RБ=(U_Х,В - U_А)/R_Б

I_Б=I_RБ - I_С - I_ОС

I_Б+I_К=I_Rб+I_Rк - I_С

I_Б=(I_Rб+I_Rк - I_С)/(+1)

I_Rк=(E_К - U_Y,Н)/R_К

НООС почти не влияет на нагрузочную способность.