книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

запускающих сигналов, необходимой для бесперебойного

чение ЭК должно происходить с заданной достаточно высо­ кой вероятностью (обычно выше 0,999) при каждом перепа­ де э. д. с. е3 от одного из своих стационарных уровней к дру­ гому.

5. Дестабилизирующие факторы. При эксплуатации аппаратуры следует учитывать влияние на работу электрон-

Из-за влияния дестабилизирующих факторов стацио­ нарные уровни напряжений оказываются нестабильными.

говой области при наибольшей (в некоторых реальных усло­ виях) ее ширине.

Зная параметры и свойства элементов ЭК и статисти­ ческие данные о влиянии дестабилизирующих факторов на работу ЭК, можно оценить величины АсѴ^ и AUfx. Методика получения такой оценки освещена в специальной

*> Известны и другие определения чувствительности Э К [1151

из-за наличия паразитных связей входной цепи с цепями других устройств аппаратуры. Помеховые импульсы не должны вызывать качественного изменений состояния ЭК. Это значит, что в результате воздействия помехового им­ пульса на ЭК, находящийся в одном из своих стационарных состояний, выходное сопротивление ЭК не должно сущест­ венно изменяться*5 . Такое качество работы ЭК называется его помехоустойчивостью.

Допустимое изменение выходного сопротивления ЭК при воздействии помехового импульса обусловливается требо­ ванием нормальной работы нагрузочного элемента ЭК.

рых же случаях недопустимым является лишь переключе­ ние ЭКБудем называть любое недопустимое изменение со­

процентное значение относительно числа рабочих переклю­ чений) не превышает заданной величины. Последняя обус­ ловливается требованиями нормальной работы нагрузочно­

*' В зависимости от того, в каком из своих стационарных со­ стояний находится ЭК, вредное действие оказывают' помеховые им­ пульсы лишь той полярности, которые вызывают уменьшение аб­ солютной величины I «вх — ^вх пор! (рис 4).

**> Часто удобнее о допустимых изменениях состояния ЭІ< су­ дить по изменению в ы х о д н о г о напряжения ЭК (см. рис. 1).

151

значения U^Q„ И £/£,м обычно устанавливаются опытным путем*'.

7. Надежность работы ЭКМассовое применение ЭК в аппаратуре делает важным обеспечение возможно более простыми средствами должной надежности работы ЭК [120]. Применительно к ЭК такое свойство заключается в том, что ЭК должен обладать нужной помехоустойчивостью и в реальных условиях эксплуатации он должен бесперебойно переключаться при воздействии запускающих импульсов; при этом ЭК должен удовлетворять требованиям в отноше­ нии быстродействия, чувствительности и электрических характеристик ЭК (величин выходных сопротивлений, рабо­ чего перепада напряжения, отдаваемого в нагрузку тока и др.). Часто существенное значение имеют механическая прочность ЭК (его вибростойкость и ударостойкость), ра­ диационная стойкость ЭК, а также вес, габариты и срок службы ЭК. '

8. В качестве нелинейного элемента ЭК применяются полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, тиристо­ ры, туннельные диоды), электронные лампы и газоразрядные приборы (в основном тиратроны). По большинству техниче­ ских и эксплуатационных показателей (за исключением наи­ больших допускаемых величин рабочих напряжений и тем­ пературной стабильности характеристик ЭК) наилучшими качествами обладают ЭК, построенные на полупроводнико­ вых приборах, — в основном транзисторные ключи и ди­ одные ключи, применяемые в импульсной технике наиболее широко.

Теории и практике применения ЭК разных типов посвя­ щена обширная литература [98, 106, 111 и др.).

§ 8.2. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (ТК)

ТРАНЗИСТОРНАЯ КЛЮЧЕВАЯ СХЕМА

1. Транзисторный ключ является основным элементом более сложных импульсных устройств регенеративного типа (пара ТК, связанных положительной обратной связью, образуют мультивибратор и триггер); ТК используются

* Из-за инерционных свойств ЭК действие помехового им­ пульса зависит не только от его высоты, но и от формы и длитель­ ности, этого импульса.

152

также и в ряде других импульсных устройств. В зависимо­ сти от назначения и особенностей работы ТК его схема не­ сколько видоизменяется. Но в основе построения всех таких

зистора ключевой схемы (рис. 5) часто не превышает 1 кОм.

= e3(t) (см. рис. 1) действует так­ же источник смещающего напря­

жения (для установки нужного режима работы ТК). Сов­ местное действие этих источников с учетом других эле­ ментов входной цепи (внутреннего сопротивления Ra ис­ точника е3 , сопротивлений связи, разделительного конден­

при замкнутом ТК еу—Е^ и u6 = Ut-

Эти уровни получаются при надлежащих стационарных зна­ чениях э. д. с. е3, определяемых соотношениями (1). При изменении в процессе переключения ТК э. д. с. eB(t) от од-

*' Действие ТК на нагрузочный элемент можно выявить мето­ дом эквивалентного генератора (см. § 8.4, пп. 14—16).

рис. 5 схеме обозначено напряжение — £ к < 0 и указа­ ны положительные направления токов транзистора, совпа­ дающие с направлением их протекания при отпертом трап-, зисторе. Токи транзистора связаны между собой соотноше­ нием іъ = f„ -f- t0.

Принятые на схеме положительные направления отсче­ та потенциалов (V) измеряются относительно потенциала

схемами, и режимам их работы они существенно различны. Усилительный каскад предназначен для усиления сигналов с минимальным искажением их формы; процессы в усили­ теле протекают в активной (линейной) области характерис­ тик транзистора. Транзисторный ключевой каскад выпол­ няет функции электронного ключа. Разомкнутому ключу соответствует режим отсечки транзистора, при котором он заперт; замкнутому ключу соответствует режим насыщения отпертого транзистора*). При переходе ключа из одного состояния в другое транзистор «пробегает» активную об­ ласть характеристик, находясь в переходном активном ре­ жиме работы. В целом процессы в ключевом каскаде носят резко нелинейный характер.

Б. СТАЦИОНАРНЫЕ СОСТОЯНИЯ КЛЮЧЕВОЙ СХЕМЫ

5. Статические характеристики. Поведение ТК в ста­

ционарных состояниях полностью определяется статичес­ кими характеристиками транзистора. Обычно используют­ ся семейство в ы х о д н ы х характеристик / к = FK(UK)

*> Достоинства такого режима поясняются в пп. 18 и 20

164

ток базы /с, параметром 2-го семейства — коллекторное напряжение U „. В справочной литературе приводятся толь­

Рис. 6

Вся область статических характеристик (исключая по< казанную на рис. 6, а область лавинного умножения) под­ разделяется иа три локальные области относительного по­ стоянства параметров транзистора, которым соответствуют три режима работы транзистора: режим отсечки, активный

представленной на рис. 5, коллекторное напряжение и ток

М0Ма (рис. 6, а). При задании тока базы Iß = const на на­ грузочной прямой фиксируется рабочая точка (например, точка /Иа при / б = 0,2 мА или точка Ма при / б > 0,5мА),

1S5

входных характеристиках (рис. 6, б) этому режиму запер­

теристика отсечки снимается при разорванной цепи эмит­

сопротивление ТК имеет наибольшую возможную величину. Действительно, в режиме отсечки коллекторное напряжение

при заданном значении RK оказывается максимально воз­ можным. Для его увеличения, что было бы желательно, сле­ дует повышать величину RK. Но это, как мы увидим, при­ водит к понижению быстродействия ТК. Поэтому часто RK < ІкОм.

156

7: Режим насыщения имеет место при прямом' смещении обоих переходов транзистора. Область насыщения в пло­

ОН; такая идеализация реальных характеристик приме­

определяется крутизной линии насыщения. Сопротивление Гц весьма мало (например, у германиевого транзистора ти­ па МП40 л„ ^ 5 Ом). Каждой точке линии насыщения соот­

повышать ток базы, то рабочая точка будет перемещаться вверх по нагрузочной прямой; соответственно будет возрас­

>/бн) положение рабочей точки почти не меняется, так

транзистор входит в насыщение. Приближенной формулой нельзя пользоваться при /gH = 0 (что в некоторых режимах может иметь место), так как в этом случае получается s ^ о о , и это значение отнюдь не выражает соотношение зарядов в базе в насыщенном и ненасыщенном состояниях.

157

8. До входа транзистора в насыщение его сопротивле­

деляющей наклон этой прямой. По мере перемещения рабо­ чей точки по нагрузочной прямой сопротивление гт быстро

Но в режиме насыщения сопротивления гт становится наи­ меньшим (гт = г н <^ R„). Следовательно, наибольшая воз­ можная величина тока коллектора

расположена между областями отсечки и насыщения. Нор-

158

мальное смещение переходов транзистора ключевой схемы получается только в кратковременной переходной стадии работы ТК, когда он переходит из одного стационарного со­ стояния в другое. Хотя статические характеристики тран­ зистора не определяют его поведения в переходной стадии, тем не менее они представляют интерес: они позволяют уста­ новить связь между токами базы и коллектора транзистора в стационарном з а м к н у т о м состоянии ТК.

Пусть положение нагрузочной прямой известно (рис. 6, а). При принятой идеализации линии насыщения ОН можно считать, что точка М п расположена на г р а н и ц е облас­ ти насыщения и активной области. Поэтому допустимо по­ лагать, что связь между токами /К н .и /бн определяется зако­ номерностями, относящимися к стационарному активному режиму работы.

В активной области кривые семейства выходных харак­ теристик транзистора близки к линейным и примерно экви­

циента усиления тока базы [98]. В практике расчета усилите­

159