книги из ГПНТБ / Воронков Э.Н. Основы проектирования усилительных и импульсных схем на транзисторах учеб. пособие [для сред. спец. учеб. заведений]

чительно меньше. Длительность фронта при идеальном входном импульсе можно определить из формулы (9.5).

Когда коэффициент насыщения N — 2 (см. рис. 9.14),

Для транзистора типа П16 это время примерно 1 мкс. Таким образом, времявключения транзистора сильно снижается с воз­ растанием коэффициента насыщения или при постоянном токе коллектора с возрастанием тока базы.

Приближенная зависимость времени включения от коэффициента насыщения N для транзистора П16 приведена на рис. 9.15.

Ток базы /б, необходимый для включения заданного тока кол­ лектора /к за время іф, можно определить из соотношения

Приближенные зависимости времени включения транзистора П16 от величины тока базы для равных значений тока коллек­ тора и коэффициента насыщения приведены на рис. 9. 16.

122

§9.4. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАПИРАЮЩЕГО СМЕЩЕНИЯ

ВБАЗЕ

Включе (см. рис. 9. 10) при отсутствии входного сигнала, когда /б = 0, транзистор полностью не заперт.

На рис. 9. 17 представлена упрощенная эквивалентная схема,

поясняющая этот случай. Коллекторный переход представлен в виде генератора тока /„о, Лз — внутреннее сопротивление базы и Rv— внутреннее сопротивление

генератора входного сигнала. Через коллекторный переход

протекает ток не /к0 (обратный ток коллекторного перехода при изолированном эмиттере), а ток значительно большей величины. Величина этого неуправляемого тока может достигать значения A,.n= ßA<o. Действительно, ток /к0 создает на делителе гб—Rr паде­ ние напряжения, отпирающее транзистор. Это напряжение уси­ ливается транзистором. Ток кол­ лектора при этом возрастает при­ мерно в ß раз и достигает значе­ ний ß/„0.

Кроме того, обратный ток сильно зависит от температуры.

температуре обратный ток. Таким образом, повышение темпера­ туры на каждые 10° С вызывает возрастание величины тока /„о в 2 раза. Увеличение температуры кремниевых переходов на 10° С вызывает возрастание обратного тока почти в 3 раза.

Зависит от температуры и коэффициент усиления по току ß. При увеличении температуры на 50° С относительно нормальной значение ß может возрасти на 50%. Таким образом, при повы­ шенной температуре неуправляемый ток, протекающий через транзистор,

123

величина /,;</, соответствующая максимальной температуре; обес­ печить ток базы обратного направления можно, подавая на базу запирающее напряжение.

На рис. 9. 18 приведена схема ключа, в которой запирающее смещение на базу обеспечивается отдельным источником через резистор Rß.

Величина тока смещения /см должна удовлетворять условию

£ , ,

/ см= —- ]> /ко-Сопротивление Rs обычно выбирают такой вели-

чины, чтобы не шунтировать источник входного сигнала, т. е. а величину +Ев — из условия обеспечения требуемого тока / смТок / см должен компенсировать кроме /„о еще входной

ток от остаточного напряжения предыдущего каскада или гене­ ратора входного сигнала. Этот способ задания смещения наибо­ лее часто применяют на практике.

На рис. 9. 19 приведена схема ключа, в которой смещение задается без применения дополнительного источника напряже­ ния. Транзистор заперт отрицательным напряжением, поданным на эмиттер с коллектора через делитель RR3. Эмиттерный рези­ стор зашунтирован конденсатором Сэ для устранения отрица­ тельной обратной связи по переменному току. В момент пере­ ключения сопротивление емкости Сэ будет очень малым, а сле­

уменьшить время переключения.

Для того чтобы падение напряжения, обусловленное током /к0 при любых рабочих условиях было достаточно мало, следует выбирать по возможности низкоомную нагрузку.

124

Запирающее смещение в базе позволяет существенно снизить время выключения транзисторного ключа. При выключении ток базы не только уменьшится до 0, но и изменит свое направление (рис. 9.20). Как видно из этого рисунка (сплошная линия), ток коллектора в этом случае будет уменьшаться значительно быст-

рее. Время выключения /вык транзистора связано с запирающим током /(32 следующим соотношением:

'62

Если запирающий ток значителен, то время спада можно рассчитывать по формуле

На рис. 9.21 приведены экспериментальные кривые зависи­ мости времени выключения транзистора от величины запираю­ щего тока базы для разных значений тока коллектора. Таким образом, положительное смещение в базе, во-первых, обеспечи­ вает надежное запирание транзистора при максимальной рабо­ чей температуре; во-вторых, сокращает время выключения тран­ зистора. •

Существенно зависит от величины запирающего тока и время рассасывания

125

при большом запирающем сигнале

где тп — постоянная времени накопления.

Для сокращения рассасывания следует снижать входной ток, вследствие чего уменьшается глубина насыщения. Но снижение глубины насыщения вызывает возрастание іф. Это противоречие можно разрешить при использовании специальных ускоряющих цепей.

§9 .5 . ПРИМЕНЕНИЕ ФОРСИРУЮЩЕЙ ЕМКОСТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ

На рис. 9.22 показана схема ключа с форсирующей емкостью

пряжения на входе ключа и тока на входе и выходе.

В момент поступления входного сигнала (£і) в цепи базы

126

емкости С ток базы будет уменьшаться, но фронт импульса фор­ мируется максимальным током. Установившийся базовый ток Iбі может быть значительно меньшей величины (коэффициент насы­ щения может быть небольшим). Таким образом, форсирующая емкость позволяет получить короткий фронт при слабом насы­ щении.

Зная величину тока базы, необходимую для обеспечения за­ данного времени включения, и амплитуду входного импульса напряжения, можно определить величину форсирующей емкости. Предположив, что амплитуда входного импульса UBX во время

Величину резистора R (см. рис. 9.22) выбирают из условия обеспечения необходимого режима насыщения транзистора. При­ чем внутреннее сопротивление генератора входного сигнала, должно быть мало по сравнению с R. В момент выключения (tz) транзистора возникает емкостной ток положительной полярности

значительно превышающий установившееся значение запираю­ щего тока базы

С увеличением амплитуды этого тока время выключения уменьшается (см. рис. 9.21). Величину емкости рассчитывают так же, как и в предыдущем случае (для заданного времени включения).

§ 9.6. НЕНАСЫЩЕННЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ

инерционности транзистора является фиксация уровня напряже­ ния на коллекторе с помощью диода.

На рис. 9.24 приведена схема транзисторного ключа с фик­ сированным напряжением на коллекторе посредством включения диода.

Как только напряжение на коллекторе увеличится до 1 В, диод откроется и будет поддерживать это напряжение. Иными

127

словами, к коллектору подключается источник напряжения— 1В. Рабочая точка А транзистора будет находиться в активной обла­ сти на пересечении нагрузочной прямой и вертикальной линии, проведенной из точки 1В на оси абсцисс (рис. 9. 25). Жирная линия соответствует рабочему участку нагрузочной прямой ключа.

При фиксировании напряжения на коллекторе с помощью диода время выключения транзистора определяется по формуле

Для этого следует обеспечить выполнение неравенства £ к—Ел>

ничивается посредством включения диода, осуществляющего обратную связь с коллектора на базу, и допол­ нительного резистора R. Резистор выбирают такой величины, чтобы падение напряжения на нем UR было всегда больше, чем

128

на диоде, и обеспечивало необходимое фиксированное напряже­ ние на коллекторе. Когда напряжение на коллекторе достигает значения URь диод открывается и поддерживает это напряжение.

Как и в предыдущем случае, рабочая точка не попадет в область насыщения, и поэтому задержка, связанная с насыще­ нием, будет устранена.

На рис. 9.28 приведена схема, по принципу действия анало­ гичная предыдущей. Нелинейная обратная связь и фиксация напряжения осуществляется двумя диодами, причем диод Д\ должен быть кремниевым, а Д 2— германиевым. Так как прямое

сопротивление кремниевого диода больше, чем у германиевого, то падение напряжения на Д\ будет больше падения на Д 2. Раз­ ность этих напряжений поддерживается на коллекторе, т. е. устраняется возможность работы транзистора в режиме насы­ щения и связанной с этим инерционностью.

Рассмотренные транзисторные ключи (см. рис. 9.22, 9.24, 9. 27, 9.28) используют как самостоятельные схемы, выполняю­ щие определенные функции, например, инверторы, ограничители, формирователи, логические элементы, а также элементы более

импульсных схем (триггеры, мультивибраторы, инверторы и др.), работают в режиме источника тока на входе (rBX<giRT) и при ра­ бочих токах коллектора 10-4-50 мА. В данной главе описаны свойства именно такого ключа. Приведенные формулы справед­ ливы лишь для схем с генератором тока на входе.

Во многих схемах, например, в феррит-транзисторных устрой­ ствах, ключевой режим транзистора характеризуется наличием

источника напряжения на входе (rBX^>RT) и рабочими токами, достигающими сотни миллиампер для маломощного транзистора. Такой режим транзисторного ключа будет рассмотрен при опи­ сании феррит-траизпсторной схемы.

§ 9. 7. РАСЧЕТ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА

Одной из основных задач расчета является выбор транзи­ стора для проектируемой схемы. Выбранный транзистор должен удовлетворять схеме ключа как по электрическим параметрам и характеристикам, так и по предельным режимам в диапазоне рабочих температур. Расчет транзисторного ключа, как и других ключевых схем, состоит обычно из двух этапов.

1. Расчет статического режима для обеспечения устойчивости закрытого и открытого состояний транзистора и стабильности заданной амплитуды выходного тока и напряжения. При этом необходимо учитывать возможные изменения электрических параметров транзистора и других элементов в рабочем диапа­ зоне температуры, в течение срока службы и в рабочем диапа­ зоне тока и напряжения, а также следует учитывать разброс электрических параметров.

2. Расчет динамического режима или переходных процессов для получения заданного быстродействия.

Рассчитывают элементы схемы с использованием выводов и формул, приведенных при описании транзисторного ключа.

При расчете статического режима схемы следует предполо­ жить, что включенный транзистор представляет собой сопротив-

{UK,n — напряжение насыщения и /к0 приводятся в справочных материалах).

При расчете переходных процессов, если применены специ­ альные импульсные транзисторы, следует пользоваться парамет­ ром £ВІІЛ, который приводится в справочниках и паспортах на импульсные транзисторы.

При выборе типа транзистора следует проверить, будут ли обеспечены необходимые запасы по максимальным токам, на­ пряжениям и мощности по сравнению с предельно допустимыми значениями, взятыми из справочника.

Максимальное напряжение на транзисторе UKm в любом слу­ чае должно удовлетворять условию UKm< £/к.макс, где £/і;.макс — максимально допустимое напряжение на коллекторе транзи­ стора, определяемое из справочника.

Максимальное значение тока транзистора (обычно ток насы­ щения /,(.„) ДОЛЖНО удовлетворять СООТНОШеНИЮ /к.и< АмманеСредняя мощность, рассеиваемая в транзисторе за период Т,

определяется из формулы Рср= W , где W — энергия; расхо-

139