Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

101

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

20.98 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 / 6022 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 > Следующая >>>

Расчет Производим применительно								к температуре 20° С.
Из приближенной формулы (25) находим ток базы в стацио
нарном	режиме	насыщения:
	/+	* ^к_ =			0 0 5 і \| = = 1 0 - 3 А = 1					„д.
	6	В	RK		'	600					" .
Полагая коэффициент Я =				2, из формул (91) и (92) находим
		' к О н а и б ^ в+х				0,1. IQ"3 .300
						Л 1 1 П		ö	'ЛП П	=	0,1;
										=	0,1;
8 + =	_ - l + j / "		-J- +'		=	—0,05 +		V0.05 + 0,0025 = 0.225.
Отсюда	в~ = ^6^ = 0,45,			и	согласно		формуле			(89) сопротивление
						-(-	300
	+		-	*	# в х		300
	< -	«	У -	А	У -	— -	—	-	1330		Ом.

Из формулы (93) находим перепад управляющей э. д. с.

j А £ у \| =lt{Ry			+ Я+ ) +	- T^ Jr	= 1 • U .33+0,3) +J^L =				2,18 В.
Из	формул (95) определяем величины сопротивлений
			.	1 АНвІ	-	2,8
		^ ^ = ^ ^ , = 1 . 3 3 ^ = 1 . 7 кОм;
			\| Д £ 3 \|			2,8
		R* = Ry	IAB.1—\|АЯ,\| =		1 , 3	3 2,8 - 2,18 =	6	к 0 м "
	Учитывая		заданное	значение		R3* = 200 Ом,		находим R =
•=	1,5	кОм. Поскольку		достаточно		сильно выполняется			неравен
ство		R > і?з+	+ R^, применение			ускоряющей	емкости		должно

быть эффективным.

Из формулы (96) находим нужное смещающее напряжение

£ б = - 1 . ( 1 , 3 3 + 0,3) ( l + - ^ ^ - 0 , 2 ~ S - 8 . 2 B .

Так как ] £ бІ существенно меньше £ к > то следует применить делитель напряжения Rx — R2. Из формул (103) находим:

: ^	= <L1_2	0 м ;	R	t _ _ M Q	J ê «	â . .
\| £ б І	8,2			Е К - \ Е Б \	12 —	8,2
Если бы в исходных данных				была задана	величина EQ, ТО, ис

пользуя формулы (86)—(96), можно было бы найти нужные значения

£ 3 + , Е 3 - и э. д. с. е3 .
При вентильном источнике	е3 {R3	^ const)	расчет несколько
усложняется, но общая схема	расчета	остается	той же.

210

В. СХЕМА НЕНАСЫЩЕННОГО ТК

12. Применение насыщенного режима транзистора имеет один недостаток: образуется задержка в выключении транзистора,

обусловленная выводом			его	из насыщения. От этого недостатка
свободна	ключевая	схема	с	нелинейной	отрицательной	обратной
связью, работающая		при	ненасыщенном		транзисторе.
На рис. 41 представлен один из вариантов такой схемы с отри
цательным	смещающим		напряжением		(EQ < 0) в цепи	базы*).

Сопротивление Rs включает в себя сопротивление Rg источника еа . Отрицательная обратная связь создается посредством диода Д и резистора RQH.

Рис.

41.

Рис. 42.

Для уяснения принципа работы схемы преобразуем

ее к виду,

' показанному

на

рис. 42, где

— RZ || RQ

<?у

е3

-f- ( £ б —

— eA)R^/(RS

Яб)-

Предположим

раньше,

что- RQS =

Пусть

под

воздействием

управляющей э. д. с. е7 =

Еу+

транзистор

отпи

рается,

причем ток базы / б + > /бпПока коллекторное

напряжение

I ик I велико, диод Д

заперт, и базовая цепь работает

обычном

режиме,

в результате чего ток коллектора нарастает, а

напряжение

I «к I уменьшается. Согласно равенствам (45), при входе

транзистора

насыщение

напряжение на переходе UK6 = 0.

Следовательно,

этот момент

напряжение на

диоде

UA = Uvs

— і/* б +

/g>6 =

/jjJYß >

0. Значит, диод отпирается

несколько раньше

входа

тран-

' вистора

насыщение.

Небольшое

сопротивление

# д н

служит как

бы для увеличения слишком малого объемного сопротивления базы.

/ '

Пусть

благодаря

достаточно большой величине

сопротивления

(рис.

41)

эквивалентное

сопротивление

R6H

-f

R+X

(рис.

42).

Тогда

при

фиксированной

величине

е у

Еу+ = const

• управляющий

ток і'у

/ у + = const. В этом случае при

отпирании

диода

ток базы

і'б= / у +

— і д должен уменьшаться

на величину

при

ращения

тока

диода.

Это равносильно

резкому

уменьшению

коэффи

циента

усиления

транзистора.

Таким образом,

данной

схеме

создается

нелинейная

отрицательная

обратная

связь,

благодаря

*) В схеме с положительным смещающим напряжением Es > 0

резистор

RQ подключается между

базой и резистором

RQB.

которой осуществляется ограничение тока коллектора иа уровне, несколько меньшем тока насыщения.

Анализ работы данной схемы и описание других подобных схем приводятся в ряде работ ([125, 157, 98, 111] и др.).

13. Наряду с указанным достоинством ненасыщенного ТК ему присущи серьезные недостатки. Применение ограничительного

сопротивления	R% > R3 и включение	резистора RQU	приводят
к понижению	чувствительности ТК	к запускающим	сигналам.

Из-за включения диода возрастает зависящий от температуры об ратный ток, протекающий через значительное сопротивление RY;

это	повышает	неустойчивость («плавание»)		базового напряжения
UQ~ В режиме		отсечки. При ненасыщенном	режиме		работы сущест
венно	понижается помехоустойчивость		ТК;	это	обстоятельство

часто является определяющим. Наконец, применение ненасыщен ных ТК усложняет импульсное устройство. По указанным при чинам ненасыщенные ТК применяются сравнительно редко (осо бенно в малогабаритной авиационной аппаратуре), в основном при использовании дрейфовых транзисторов, работающих с предель ным быстродействием.

Г.ВЛИЯНИЕ НАГРУЗКИ НА РАБОТУ ТК

14.На рис. 43—45 изображены три распространенные схемы подключения нагрузочного сопротивления к ТК-

Подключение нагрузки по схеме рис. 43, а равносильно умень шению сопротивления в цепи коллектора (рис. 43, б) до значения

# к э = Як И /?н-

•

а)	6)	а)	6)
Рис.	43.	>	Рис. 44.

Подключение нагрузки по схеме рис. 44, а эквивалентно умень шению как сопротивления в цепи коллектора (рис. 44, б), так и напряжения питания:


			Я к э = Я „ \| \| Я н ;		£ к э = £ К о Я "		•		(8.104)
						« н т « к
	Если		RKg > гя, то	при	таком	включении		ток	насыщения
/ к ы	& £кэ/^к8 Sä EK/RK			И	коллекторное		напряжение		\| £ / к н \| = »
=	/пнгИ	почти не зависят от величины RH. Но рабочий перепад на
пряжения			\&ик\е*Екв	— I	и к п I,. передаваемый			в нагрузку, су
щественно			снижается с уменьшением			отношения		Ra/RK.

212

15. Часто нагрузочное сопротивление подключается через по

средство	разделительного			конденсатора (рис. 45, а) достаточно
большой	емкости	С р ,	при	которой напряжение на конденсаторе
«р Е= £/р о = const,		где	(7р 0	— постоянная составляющая напря

жения. Рассматривая конденсатор в качестве источника постоян ного напряжения и применяя теорему об эквивалентном гене

раторе, придем к эквивалентной			схеме		(рис. 45,	б), где RKa =
•= Ri< Il Ru и
Em	= U ро-	Ек— Upo D	E^Ru-^Upn Rj(			(a)
Em	= U ро-	Ra+R«			Rn + R«	(a)
		Ra+R«			Rn + R«
		1	в к
					—x<	T •
				- ^ T! Ж ^ ^ і _ ^ ( С Г
		«к		к	г!	A
		«к		p f f ^
		11 Цн		p f f ^

Рис. 46.

Для определения с7р 0 обратимся к временным диаграммам на пряжений «н и и,( (рис. 46). Напряжение ив не содержит постоян ной составляющей (заштрихованные на рис. 46, б площади равны, и только этим отличается от напряжения ик. Как видно из рис. 46)

UÎ+Uâ = | Д с 7 к | = Я к э Ч ^ к н | -

(б)

Если не принимать во внимание тонкую структуру процессов, то из. условия равенства указанных площадей (U^T* = Ù.U~T~) с учетом равенств (б) найдем


Ut-		= Ç	\|Лг/кІ =	С ( Я к в - \| 1 / к н І ) .

Отсюда постоянная составляющая					напряжения
Uv0	= Ui +		\| 1 / к н \| = С т Я к в + С \|І/кнІ				(8.105)
Подставляя	последнее выражение в равенство (а) н						решая
полученное уравнение относительно						Я к э , найдем
			1 +		8Е	£ „	(8.105а)
			1+ 1 ~ 1 + 6 '

где		t_RT		ь _		І^кнІ

213


В формулах		(105)		и (105а) пренебрежено небольшим						падением
напряжения	/К оЯк		Еѵ.		В	большинстве случаев можно				полагать
E S O * ) . При	RB	>	Я к	(если		при	этом	отношение	Т~ІТ	не очень
мало) допустимо		также			принять		? s 0,	откуда £ ю	s ЯН '

16. Изменение напряжения на конденсаторе относительно его

среднего

значения

обусловлено

протеканием

через

него

тока

(^ро —

I ^кн I )/Яп

при отпертом

транзисторе

или

тока

(Ек—

— £/ро)/(Яц+

Rn)

при

запертом

транзисторе. Отсюда

наибольшее

изменение

напряжения

на конденсаторе

за

период

Ян Ср

( Я н

Я к ) Ср

Из условия,

чтобы величина | А У р 0 |

не

превышала заданного

зна

чения

EgUp,,

[где

е0

(0,05-Н 0,1)|,

определяется требуемая

вели

чина емкости разделительного

конденсатора:

Т*

I ,

IWral \

Т-

£„

§8.5. ДИОДНЫЙ КЛЮЧ

1.Типовые импульсные диоды. В импульсной технике преимущественное применение находят полупроводниковые диоды трех типов: точечные, плоскостные сплавные и пло скостные диффузионные (меза) диоды.

Точечные диоды (например, германиевые типа Д18 и крем

ниевые типа Д101) обладают малой				барьерной емкостью
(Со ^ І - т - 2		пФ) и соответственно большим сопротивлением.
Допустимая		величина обратного напряжения			диода неве
лика		—20 В). Такие диоды целесообразно применять
в	случаях,	когда	полезные функции	диода	проявляются
и	при запертом,		и при отпертом состоянии диода.

Плоскостные сплавные диоды (например, кремниевыетипа Д219) обладают большой барьерной емкостью (Сб ^ 10 -г -г- 20 пФ) и соответственно небольшим сопротивлением. Они допускают работу при значительных обратных напряжениях (Uz = —70 В). Существенным их достоинством является меньший, чем у точечных диодов, разброс параметров'.

Плоскостные диффузионные диоды (например, германие вые меза-диоды типа Д311) сочетают в себе лучшие качест ва точечных и плоскостных диодов. Их барьерная емкость Сб ^ 1-т-З пФ, и по своим характеристикам они могут найти наиболее универсальное применение.

*)	Формулы (105) и (105а) приложнмы и к ламповым			ключевым
схемам, если в этих формулах заменить: Ек на Ea,		R#	на Ra и \Um\
на Еа	— / а Яа - Но в этом случае нельзя полагать	s	s	0.

214

На рис. 4?, а изображены статические характеристики германиевого диода типа Д311Б при различных температу рах окружающей среды. Аналогичные характеристики крем ниевого диода типа Д219А изображены на рис. 47, б. Эти характеристики иллюстрируют существенную зависимость сопротивления диода от температуры. Менее сильно ме-

Рис. 47.

няется с температурой о т н о ш е н ие обратного сопро тивления диода к его прямому сопротивлению. Хотя обрат ные токи кремниевых диодов значительно меньше, чем у гер-

а)

Рис. 48.

маниевых диодов, но. отношение обратного, сопротивления диода к его прямому сопротивлению у кремниевых и гер маниевых диодов различается менее сильно.

2. Диодная ключевая схема изображена на рис. 48, а. Управляющая цепь ключа содержит источник входных уп равляющих сигналов е3 = ßy и сопротивление RY (оно учи тывает также сопротивление R3 источника). Источник сме-

-щающего напряжения Есм = const, включаемый через пос редство резистора RCM, служит для установки-нужного по рогового напряжения диодного ключа. RB — сопротивление

215

нагрузочного элемента. В зависимости от назначения схемы и полярности входных сигналов диод Л включается в том • или ином направлении.

Применяя теорему об эквивалентном генераторе, преоб разуем данную схему к виду, представленному на рис. 49, б,

где
R=	R c " R b	;	Епор=	R"E™ = —		£„„.	(8.106)
	Ясм + Яц				Ясм + Ян	ROM
В зависимости от знака неравенства еу						^ £ П О р		напря
жение на диоде « д		^	0. При переходе через точку				« д	= 0
свойства диода резко меняются. Поэтому точка ил							= 0 оп
ределяет	пороговое		напряжение		диода, а	величина		Епор
выражает	пороговое		напряжение		диодного	ключа. Из фор

мулы (106) вытекает, что


Следовательно, при заданной величине RH				Ф со для полу
чения требуемого значения £ П о р			приходится применять тем
большую величину £ с м		(и тем	большую	величину	RCM),
чем больше желательная		величина R; при RB = со имеем
£ п о р	= Еси независимо от величины R =			RCM.	диод
3.	Параметры диода. В стационарных состояниях

ного ключа диод либо отперт (Ua> 0), либо заперт ( і / д < 0).

Примем такие обозначения		напряжений в этих состояниях
(рис. 48,6):
«у =	Ѵ > £ п о р	при Un	=Un+ >	0,\|
е у =	£ у - < £ п о р	при Ua	=г ид~ <	0. J

Параметры R и Ry выбираются из условия достаточно сильного выполнения неравенства Ef — Епор > £/+ вви ду чего прямой ток диода

/ — / + — ( £ У + ~ £ п о р ) —		Еу+—£пор	_	я
Д + / ? у	=	R + R Y ~ '	(	}

это значение тока достаточно точно определяет положение рабочей точки М+ на статической характеристике диода (рис. 49).

При запертом диоде его обратный ток / J < 0 почти не зависит от сопротивлений R и Ry, ввиду чего он опреде-

216

ляется точкой М - ( р и с . 49); положение этой точки легко на ходится из хорошо выполняемого приближенного равенства:

Вследствие указанных особенностей параметров диодно го ключа практически приемлема приближенная оценка па раметров самого диода; более точная оценка при значитель ном разбросе характеристик диода и их сильной зависимос ти от температуры малоцелесообразна. В частности, в боль шинстве случаев нецелесообразно применять показанную

Рис. 49.

на рис. 49 крупным пунктиром аппроксимацию характе ристик, которая существенно усложняет расчеты и, как мы увидим, не отображает поведения диода в быстром пе реходном процессе*). Наиболее удобна кусочно-линейная аппроксимация характеристики диода ломаной . М~ОМ+; она определяет средние значения сопротивления диода (по постоянному току):

(8.110)

4. Переходные процессы в полупроводниковом диоде. Инерционность запертого диода обусловлена только его барьерной емкостью Сб. которая весьма мала. Гораздо бо лее существенна инерционность диода, проявляемая при его переключении, обусловленная накапливанием или рас сасыванием заряда в базе диода. Некоторое влияние на характер переходного процесса оказывает модуляция объем-

* )Такая аппроксимация целесообразна при достаточно медлен ных изменениях напряжения « д (/).

217

ного сопротивления			г§ базы,	в результате чего оно меняет
ся от значения г б 0		при «пустой» базе до					значения			лб „ <	Лб0
при значительном избыточном заряде неосновных										носителей
.в базе [98].
Приложенное		к	диоду	напряжение				« д	=	и'л + /д Гб>
где ідГб —	падение		напряжения на объемном						сопротивле"
нии базы,	а И д —		напряжение на p/z-переходе. Так же								как
и в базе транзистора, напряжение					и д	связано с				граничной
(со стороны эмиттера) концентрацией Неосновных										носителей
в базе нелинейным соотношением					(38),		в котором следует
			заменить		иэ	б	на	ыд ;		с повыше
			нием	заряда		базы		увеличивается

(но не линейно) и напряжение

и'А.

5. Рассмотрим

характер

пере

ходных

процессов,

возникающих

показанной

на

рис.

5 0 цепи

(Ry > R£) при быстром изменении

управляющего

напряжения

еу

от

значения

еу

до. еу

= Еу.

Ка

Рис.

50.

чественная картина этих процессов

иллюстрируется

представленными

на

рис.

5 1

временными

диаграм-

мами

динамической

характеристикой

і л

= £<э(ид)

(рис.

5 2 ) ,

выражающей зависимость тока диода от напряже

ния на нем в переходном процессе. На рис.

5 2

изображена

также статическая характеристика диода Ід

^(с /д)

с ра

бочей точкой М+, соответствующей стационарному отпер

тому

состоянию диода. На

рис.

5 2

, кроме

того,

показаны

прямые ОА0 и 0АЯ,

наклон

которых

определяется

сопро

тивлениями Гбо и /"бн- Абсциссы этих прямых выражают паде

ния напряжений

/ д Г б о и і д Г б п . а пунктирная

кривая

выра

жает падение напряжения /д ге в переходном процессе (при

изменении гб от начального значения

Г б 0

до установившегося

значения гбв).

Вследствие

большой

величины сопротивления

ток

диода

почти

пропорционален

управляющей

э. д.

с.

еу

(рис.

5 1 ,

а). По мере нарастания заряда базы увеличивается

и напряжение и'А на переходе (рис.

5 1 ,

О ) .

В начальные

моменты переходного процесса и, ^

0 и « д

^ ідгв. Поэто

му вначале изображающая точка перемещается по динами

ческой характеристике, почти примыкающей к пунктирной

кривой (рис. 5

2 )

, отклоняясь от нее вправо по мере нараста

ния напряжения

и'л.

218

Из рис. 52 видно, что статическая характеристика от нюдь не отображает поведения диода в переходном процес се; гораздо ближе такому процессу соответствует хорда 0М+, которая определяет среднее значение сопротивления Rf. Существенно при этом подчеркнуть, что сопротивление R^ не завышает, а уменьшает величину тока диода в пере ходном процессе при отпирании диода.

6. Рассмотрим теперь процесс, возникающий в той же цепи (см. рис. 50) при внезапном в момент / = 0 перепаде

Рис. 51.

Рис. 52.

управляющей э. д. с. от значения е7 = Ef > 0 до Еу < 0. Качественная картина этого процесса иллюстрируется представленными на рис. 53 временными диаграммами. Весь переходный процесс можно подразделить на две стадии.

Процесс первой стадии подобен процессу выхода из на сыщения базы транзистора. В момент коммутации управ ляющей э. д. с. происходит коммутация тока диода от зна чения / + д > 0, до значения / д о < 0 (рис. 53). Это вызывает изменение падения напряжения г'дГб на объемном сопротив лении диода, в результате чего в момент коммутации обра зуется небольшой перепад напряжения ия на диоде. Благо даря рекомбинации и протеканию тока / д < 0 происходит

рассасывание заряда базы диода, с чем связано снижение граничной (со стороны эмиттера) концентрации ре неоснов ных носителей в базе до равновесного значения рбо- В соот ветствии с этим напряжение и'л на переходе постепенно снижается до нуля. Но в начальной части данной стадии

<<< < Предыдущая 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 / 6022 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ