ФОЭ / СлайдыФОЭчасть2

ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

Входные параметры

Входной ток закрытого ключа.

Входное напряжение, обеспечивающее надежное запирание ключа.

Входное сопротивление. Если на входе режим генератора тока, то входное сопротивление определяется внешним резистором и не зависит от транзистора.

Выходные параметры

Выходное сопротивление Rвых. У закрытого транзистора оно равно Rк (если Rк входит в схему ключа) или Rкэ выкл, а у открытого Rвых = Uкэ ост/ Iк н.

Максимально допустимый ток открытого ключа Imax. Определяется типом используемого транзистора.

Остаточное напряжение на открытом ключе Uкэ откр max Допустимое напряжение на закрытом ключе Uкэ закр max Коэффициент использования напряжения К

К = (Uкэ закр – Uкэ откр) / Ек = 1- (Uкэ откр + Iко Rк) / Ек.

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТРАНЗИСТОРНЫХ КЛЮЧАХ

СХЕМА ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА ДЛЯ АНАЛИЗА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

В качестве источника тока для управления транзистором как правило используется источник напряжения с последовательно включенным резистором. Напряжение источника выбирается много больше прямого падения напряжения на p-n переходе, а сопротивление – много больше входного сопротивления транзистора. Эти условия выполняются при напряжении источника Uвх>5В и сопротивления резистора в цепи базы Rб>500 Ом

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТРАНЗИСТОРНОМ КЛЮЧЕ

ФОРМИРОВАНИЕ ФРОНТА

Предположим, что в момент времени t = 0 на вход транзисторного ключа подается единичный входной сигнал в виде ступеньки тока. Причем этот ток достаточен для насыщения транзистора. Коллекторный ток нарастает в этом случае так же, как в усилительном каскаде по экспоненциальному закону, стремясь к предельному значению, равному Iб1 Ек/Rк. Однако, достигнув величины тока Iкн, ток Iк больше не может возрастать и формирование длительности фронта заканчивается.

При сильном отпирающем сигнале, когда Iб1 Iкн фронт импульса будет изменяться по линейному закону и его длительность можно найти, разлогая в ряд ln выражения (1.5). Тогда

tф ≈ Iкн/Iб1

Iб1

tф = [ б + Ск(1 + )Rк] ln Iб1 Iкн , tф ≈ ( + CкRк)Iкн/Iб1.

Накопление носителей

С достаточной для инженерных расчетов точности можно считать бн =(1÷0,5) б. Здесь бн – эффективное время жизни неосновных носителей в базе в режиме насыщения.

Отношение величины накопленного заряда в базе к его предельному значению называют степенью накопления.

При достаточно сильном входном сигнале, когда можно пренебречь первым слагаемым в круглой скобке, получим

Время, необходимое для того, чтобы S стала равным 0,95 условно считается временем накопления

Этап рассасывания носителей

В момент времени t = t3 снимается отпирающий и подается запирающий импульс тока в базу транзистора. Ток базы скачком изменяется на величину Iб = Iб1 – Iб2 и становится равным Iб2 = - Есм/Rб2. На ту же величину изменяется и ток эмиттера. Величина запирающего тока Iб2 0, т.к. он имеет противоположное направление – втекает в базу. С подачей запирающего импульса тока базы Iб в транзисторном ключе начинаются процессы его запирания, которые состоят из следующих этапов: этапа рассасывания избыточного заряда неравновесных носителей и этапа выключения.

0 (SIб1 Iб2 )

При полном накоплении заряда (S =1) получаем:

Т.е. при полном накоплении tрас становится больше.

Этап формирования среза импульса

Формирование среза импульса происходит в активной области работы транзистора. Если Iвх = Iб2 = 0, то длительность среза импульса можно определить условно. Если же Iвх имеет отрицательное значение, т.е. входной ток на данном этапе запирающий, то длительность среза импульса можно найти из решения (2) при значении граничного условия Q(tср) = 0.

Тогда

С учетом емкости коллекторного перехода в выражении для tср вместо постоянной времени следует использовать постоянную времени кэ.

При отсутствии запирающего тока базы время формирования среза: tср = 2,2 кэ.

НЕНАСЫЩЕННЫЕ КЛЮЧИ

Процесс рассасывания избыточного заряда неосновных носителей в насыщенных транзисторах замедляет их выключение и снижает быстродействие ключей. Для исключения насыщения, а, следовательно, увеличения быстродействия применяют схемы ненасыщенных ключей

+

В этой схеме диод VD и источник Е0 образуют цепь нелинейной обратной связи.

Нелинейная отрицательная обратная связь фиксирует минимальное напряжение на коллекторе, значение которого определяется выбором напряжения источника Е0 и обеспечивает работу транзистора в активном режиме. Время рассасывания неосновных носителей в такой схеме практически равно нулю.