Электроника. Часть 1
.pdf
|
|
|
203 |
|
|
входного генератора с отрицательной полярности изменилось |
|||||
на положительную. Ток базы скачком изменится на величину |
IБ |
||||
и станет отрицательным. Отрицательное направление тока обу- |
|||||
словлено тем, что в базе у эмиттерного и коллекторного перехо- |
|||||
дов имеется избыточный заряд, который мгновенно рассосаться |
|||||
не может, и оба перехода смещены в прямом направлении. Ток |
|||||
коллектора остаётся практически постоянным, ток эмиттера |
|||||
уменьшается на |
IБ . |
|
|
|
|
К моменту |
времени |
t1 |
избыточный заряд рассасывается |
||
у коллекторного перехода, и с этого момента уменьшаются токи |
|||||
коллектора и эмиттера. При t2 ток коллектора становится равным |
|||||
0,1IК.НАС. . Время изменения коллекторного тока от t1 до t2 назы- |
|||||
вают длительностью фронта tф− . |
|
|
|||
|
EБ |
t0 t1 EБt22 |
t3 |
|
|
|
|
|
|||
|
EБ1 |
|
IБ |
|
|
|
IБ |
|
|
|
|
|
IБ1 |
|
IБ |
t |
|
|
IК |
|
|
|
|
IК.КАЖ. |
|
|
IБ2 |
|
|
IК. НАС. |
|
0,1IК.НАС. t |
|
||
|
|
|
|||
|
IЭ |
|
|
|
|
|
IЭ.НАС. |
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tРАС. tф− |
|
|
|
Рис. 6.7 — Переходные процессы в насыщенном ключе при |
|
||||
|
закрывании транзистора |
|
|||
204
К моменту времени t2 избыточные заряды полностью рассо-
сутся у эмиттерного перехода, и он будет смещаться в обратном направлении, токи базы и эмиттера уменьшаются. Видимо, чем больше величина избыточного заряда в базе, тем больше время рассасывания.
Для анализа процессов рассасывания и формирования фронта воспользуемся уравнением (6.5), но учтем, что начальный ток
отличен от нуля. |
|
|
|
|
|
||
Подставив ток IБ и заменив τβ на τН |
— постоянная вре- |
||||||
мени накопления, получим изображение коллекторного тока |
|||||||
IK (p)= IБβ0 − |
IБ β(p), |
|
|
(6.10) |
|||
|
|
p |
|
|
|
|
|
которому соответствует оригинал: |
|
−t |
|
|
|
||
IK (t )= IБ1β0 − |
|
(6.11) |
|||||
IБβ0 1− e |
|
τ |
. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассасывание закончится, когда избыточный заряд в базе |
|||||||
исчезнет, и будет иметь место равенство IК.КАЖ. |
= IК.НАС. . Под- |
||||||
ставив IК.НАС. в левую часть (6.11) и заменив τ на τН , найдем |
|||||||
время рассасывания в виде: |
IБβ0 |
|
|
|
|
||
tРАС = τН ln |
|
|
|
. |
(6.12) |
||
IБβ0 |
− IКН. (S − 1) |
||||||
|
|
|
|||||
Из формулы (6.12) видно, что увеличение степени насыщения приводит к росту времени рассасывания, а длительность фронта при этом наоборот уменьшается.
Для сокращения суммарного времени переходного процесса необходимо уменьшать время рассасывания и длительность фронта.
Методы повышения быстродействия рассмотрим позже.
Формирование длительностиотрицательного фронта (tф− –)
Формирование фронта заканчивается, когда коллекторный ток будет равен 0,1IК.НАС. .
Учитывая, что к началу формирования среза IБ1 = IНАС.
и заменив τ на |
τ , т. к. длительность фронта формируется, когда |
|
β |
205
транзистор работает в активном режиме, формулу (6.11) можно записать в виде
0,1I |
|
= I |
|
β |
|
− |
I |
|
β |
|
|
−tФ |
τ |
(6.13) |
|
КН |
БН |
0 |
Б |
0 |
1 |
− e |
β . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решив (6.13) относительно длительности tф− , получим |
|
||||||||||||||
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
IБβ0 |
|
|
|
|
||
|
tф = τβ ln |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
(6.14) |
||||
|
|
IБβ0 − |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,9IКН |
|
|
||||||
Анализ переходного процесса проводился без учета ёмкости коллекторного перехода. Учесть ёмкость коллекторного перехода
можно, если в (6.9) и (6.14) заменить τβ на τβ + CK RK (1+ β0 ).
На принципиальной схеме (рис. 6.8) предполагается, что источник сигнала EБ генерирует импульсы двух полярностей.
В реальном случае импульсы однополярные. В этом случае лучше применять принципиальную схему, которая приведена на рис. 6.8.
|
RK |
EK |
RБ |
|
Вых |
UГ |
RСМ |
|
|
EСМ |
|
Рис. 6.8 — Принципиальная схема насыщенного ключа
6.4 Методы сокращения времени переходного процесса
Ключ с ускоряющей ёмкостью. Для сокращения времени переходного процесса на всех его стадиях используется ключ с ускоряющей ёмкостью, принципиальная схема которого приведена на рис. 6.9 ( RГ — внутреннее сопротивление источника сигнала).
Время переходного процесса можно сократить в несколько раз, если выполняется условие RБэкв → 0.
206
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RБ |
|
1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
= |
|
ωСБ |
|
. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Б экв |
|
R + |
|
1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ωСБ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
||||||||
|
|
|
|
|
C |
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EK |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RK |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вых |
|||||||
RГ |
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
RСМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
UГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EСМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6.9 — Ключ с ускоряющей ёмкостью
В момент отпирания ключа вместо тока
IБ = |
|
U Г |
, |
|
R |
Г |
+ R |
||
|
|
Б |
|
|
в первый момент получается гораздо больший ток
IБ.мак. = UГ .
RГ
Учитывая, что RБ >> RГ , имеем IБ.МАК. >> IБ .
Конечно, по мере заряда конденсатора ток базы уменьшается, но фронт и срез формируются током, близким к максимальному значению. В то же время величина избыточного заряда в базе соответствует значительно меньшему току IБ .
Применяя теорему об эквивалентном генераторе, изображение тока базы запишем в виде:
|
IБ ( p) = IБ0 |
|
1+ pτC |
, |
||||||||
|
|
1 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1+ pτ |
C |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
IБ0 |
= |
|
UГ |
|
; |
|
|
||||
|
RГ |
+ RБ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
τС = CБ RБ ; |
|
|
|
||||||||
|
τ1 = |
|
|
RГ RБ |
C |
Б |
; |
|
||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
C |
|
RГ + RБ |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
R208
При достаточно больших коллекторных напряжениях диод VD смещен в обратном направлении и его сопротивление велико. Цепь обратной связи разорвана. Когда напряжение на коллекторе станет близким к нулю, диод откроется и приращения коллекторного тока в противофазе с током генератора будут поступать в цепь базы, что приведёт к уменьшению инжекции со стороны эмиттера.
Следовательно, в базе не будут накапливаться избыточные носители и время рассасывания окажется равным нулю, а формирование фронта и среза происходит при больших токах базы.
Вопросы для самопроверки
1.Начертите принципиальную схему насыщенного ключа.
2.Начертите статическую вольт-амперную характеристику ключа и отметьте на ней точки, соответствующие режиму насыщения и отсечки.
3.Начертите эквивалентную схему ключа, соответствующую режиму отсечки, и расставьте токи, протекающие в транзисторе.
4.Начертите эквивалентную схему ключа в режиме насыщения и расставьте токи, протекающие в транзисторе в этом режиме.
5.Запишите выражения, определяющие мощность, рассеиваемую на транзисторе в режимах насыщения и отсечки.
6.Объясните причины, приводящие к конечному времени переходного процесса в насыщенном ключе.
7.Начертите эпюры напряжений и токов при открывании транзистора.
8.Объясните, почему ток базы в начальный момент времени имеет максимальное значение, а затем уменьшается до установившегося значения.
9.От чего зависят токи транзистора в режиме насыщения? Запишите их значения.
10.Запишите формулу длительности фронта при открывании транзистора.
11.С помощью каких параметров можно изменять длительность фронта в насыщенном ключе?
209
12.Нарисуйте эпюры напряжений и токов в насыщенном ключе при запирании транзистора.
13.Почему при запирании транзистора ток базы становится отрицательным?
14.Выведите выражение для длительности фронта при запирании транзистора.
15.Запишите формулу для времени рассасывания избыточного заряда при запирании транзистора.
16.Зависит ли длительность отрицательного фронта импульса от степени насыщения?
17.Как можно уменьшить время рассасывания в насыщенном ключе.
18.Нарисуйте принципиальную схему ключа с ускоряющей ёмкостью.
19.Объясните, почему включение конденсатора позволяет сократить время переходного процесса.
20. Запишите выражение изменения коллекторного тока в ключе с ускоряющей емкостью и докажите, что время переходного процесса сокращается.
21. Можно ли уменьшить время переходного процесса
включе с ускоряющей емкостью, если источник сигнала является генератором тока?
22.Начертите схему ключа с отрицательной нелинейной обратной связью.
23.Объясните работу ключа с нелинейной обратной связью.
24.Почему включение диода Шотки в цепи отрицательной обратной связи позволяет сократить время переходного процесса
включе?