8.4. Повышение быстродействия ключа при использовании ускоряющей емкости

Физика процесса: Ускоряющая емкость С₂ включается параллельно базовому резистору R₁. При открывании транзистора к току базы, задаваемому резистором R1 добавляется ток заряда емкости С₂. Накопление неосновных носителей в базе проходит при большем токе, поэтому, быстро. Но избыточного заряда носителей в базе не накапливается, так как ток базы, после заряда емкости С₂, соответствует граничному току I _бн. При выключении, так как нет избыточного заряда носителей в базе, транзистор быстро запирается. Задержка выходного сигнала становится минимальной.

Схема ключа с ускоряющей емкостью приведена на рис 8.14.

Рис 8.14. Схема транзисторного ключа с ускоряющей емкостью.

Задание: Исследовать влияние величины ускоряющей емкости на форму сигнала на выходе.

Величину емкости С₂ берем 1 пФ, 10 пФ, 100 пФ. Осциллограммы сигналов для этих случаев приведены на рис 8.15 и 8.16.

Рис 8.15. Осциллограмма при С₂=1 пФ

Ускоряющая емкость практически отсутствует. Наблюдаются фронты выходного сигнала достаточно большой длительности.

Рис 8.16. Осциллограмма при С₂=10 пФ

При увеличении С₂ до 10 пФ, улучшается форма сигнала.

Рис 8.17. Осциллограмма при С₂=100 пФ

При С₂=100 пФ на выходе наблюдается хорошая форма сигнала с минимальной задержкой. Следовательно, оптимальная величина С₂=100 пФ.

Исследуем, на какой максимальной частоте сигнала может работать данный ключ.

Рис 8.18. Осциллограмма при частоте генератора f=100 МГц, С₂=100 пФ

Выходной сигнал сильно искаженный.

Рис 8.19. Осциллограмма при частоте генератора f=10 МГц, С₂=100 пФ

Форма выходного сигнала удовлетворительная. Следовательно, максимальное быстродействие ключа – 10 МГц

Выводы.

Для обеспечения высокого быстродействия ключа на биполярном транзисторе необходимо:

• Уменьшать емкость нагрузки С₂,

• Увеличивать ток нагрузки (уменьшать R₂),

• Сопротивление в цепи базы R₁ должно обеспечивать работу транзистора на грани насыщения,

• Использовать ускоряющую емкость оптимальной величины порядка 100 пФ.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях биполярный транзистор заперт?

2. При каких условиях биполярный транзистор открыт и насыщен?

3. Почему в электронных устройствах ключевой транзистор должен работать в режиме насыщения? Что будет, если ключ будет ненасыщен?

4. Какие факторы влияют на быстродействие транзисторного ключа?

5. Как влияет емкость нагрузки С₁ на форму выходного сигнала транзисторного ключа?

6. Как влияет сопротивление нагрузки R₂ на форму выходного сигнала транзисторного ключа?

7. Как влияет сопротивление в цепи базы R₁ на форму выходного сигнала транзисторного ключа?

8. Почему при использовании ускоряющей емкости С₂ обеспечивается большее быстродействие ключа?

Дополнительная информация

1. Ибрагим К.Ф. «Основы электронной техники: элементы, схемы, системы» пер.. с англ.. М.: «Мир», 2001 Это учебник и энциклопедия одновременно; охватывает широкий диапазон от элементарных понятий электротехники до сложных электронных схем. http://knigkam.net/tech/elek/151-k-f-ibragim-osnovy-yelektronnoj-texniki-yelementy.html

2. Нефедова Н.В., Каменев П.М., Большунова О.М. «Карманный справочник по электротехнике и электронике» Ростов-на-Дону «Феникс», 2008. Справочник с элементами учебника. Написан кратко и емко. http://www.takebooks.com/product_info.php?products_id=4652

3. «Электротехника и электроника» конспект лекций Пензенский Государственный университет, Пенза 2004 г. http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=13868

4. «Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практикум на Electronics Workbench» Т. 1 и 2. под ред. Панфилова Д.И.. Учебное пособие для электротехнических ВУЗов. Изд «Додека», Москва 2000. http://qiq.ru/24/02/2009/books/99616/elektrotexnika_i_elektronika_v_eksperimentax_i_uprazhnenijax.html

5. Кардашев Г.А. «Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств» М: Горячая линия-Телеком, 2002. http://engenegr.ru/tehnicheskaya_literatura/elektronika/16638-virtualnaja-jelektronika.-kompjuternoe.html

6. Кардашев Г.А. «Цифровая электроника на персональном компьютере» М: Горячая линия-Телеком, 2003. http://www.bookshunt.ru/b11101_cifrovaya_elektronika_na_personalnom_kompyutere/download

7. Образовательный сайт по электротехнике. http://electricalschool.info/

8. Сборник «Школа для электрика. Курс молодого бойца» состоит из статей, в которых очень простыми средствами и понятным языком изложены базовые основы электротехники, без знания которых не возможно стать настоящим специалистом. http://electricalschool.info/main/osnovy/542-shkola-dlja-jelektrika-kurs-molodogo.html

9. http://www.4shared.com/file/73406810/c325ecc2/Electronics_Workbench_50C.html - скачать программу EWB 50.С. Программа в формате Portable, не требует инсталляции;

10. http://www.4shared.com/file/8427918/7c90da73/Electronics_Workbench_512.html - скачать программу EWB 5.12. Лекарство прилагается;

11. http://www.mini-soft.ru/it/ewb.php Краткое описание программы EWB и моделирование простейших цепей.

Оглавление

1. Введение 3

2. Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench. 3

3. Методические указания 7

Лабораторная работа №1 «Цепи постоянного тока» 9

1.1. Электрическая цепь с лампой накаливания 9

1.2. Последовательное соединение резисторов 11

1.3. Параллельное соединение резисторов 12

1.4. Мостовая цепь с вольтметром в диагонали моста 13

1.5. Мостовая цепь с амперметром в диагонали моста 15

Контрольные вопросы 15

Лабораторная работа №2 «Цепи переменного тока» 16

2.1. Параллельное включение емкостей 16

2.2. Последовательное включение емкостей 18

2.3.Параллельное включение индуктивностей 21

2.4. Последовательное включение индуктивностей 22

Контрольные вопросы 25

Лабораторная работа №3 «Исследование RLC цепей на гармонических сигналах» 26

3.1. Последовательная RLC цепь 26

3.2. Параллельная RLC цепь 29

3.3. Дифференцирующая RC цепь 31

3.4. Интегрирующая RC цепь 33

Контрольные вопросы 35

Лабораторная работа №4 «Исследование RLC цепей на импульсных сигналах» 35

4.1. Дифференцирующая RC цепь 36

4.2. Интегрирующая RC цепь. 39

4.3. Последовательная RLC цепь 42

4.4. Параллельная RLC цепь 45

Контрольные вопросы 48

Лабораторная работа №5 «Диодные выпрямители» 48

5.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель 49

5.2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой 53

5.3. Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель 54

5.4. Трехфазный однополупериодный выпрямитель 56

5.5. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель 57

Контрольные вопросы 58

Лабораторная работа №6 «Усилительный каскад с общим эмиттером» 58

6.1. Исследовать параметры усилителя в малосигнальном режиме. 61

6.2. Исследовать влияние разделительной емкости С₁ на форму АЧХ. 61

6.3. Исследовать влияние разделительной емкости С₂ на форму АЧХ. 61

6.4. Исследовать влияние эмиттерной емкости С₃ на форму АЧХ. 61

6.5. Исследовать искажение формы выходного сигнала. 61

Контрольные вопросы 62

Лабораторная работа №7 «Усилительный каскад на ОУ» 62

7.1. Неинвертирующий усилитель 63

7.2. Инвертирующий усилитель 66

7.3. Дифференциальный усилитеь на ОУ 67

Контрольные вопросы 69

Лабораторная работа №8 «Ключ на биполярном транзисторе» 70

8.1. Исследование ключа в статическом режиме. 70

8.2. Влияние на скорость переключения ключа процессов в базе. 73

8.3. Влияние на скорость переключения ключа емкости нагрузки 76

8.4. Повышение быстродействия ключа при использовании ускоряющей емкости 78

Контрольные вопросы 82

Дополнительная информация 82