книги из ГПНТБ / Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник

для транзистора типа п-р-п) возможно запирание транзистора и вследствие этого резкое возрастание длительности фронта выход­ ного перепада. На рис. 2.27в приведены в качестве иллюстра­ ций временные диаграммы напряжений при подаче на вход ЭП

(рис. 2.28). Для запирания транзистора требуется положительное входное напряжение иВх > 0; для насыщения транзистора необходи­ мо выполнить условие ß/б > ік. Считая насыщенный транзистор эквипотенциальной точкой, нетрудно последнее соотношение выра­ зить в форме

I I ч. (Р + 1) /?э + # б р

ив\ -> ( ß + i)/?e + ß/?K

2.3.6.КЛЮЧИ НА СОСТАВНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Вслучаях, когда требуется повысить значение коэффициента усиления ß, используется составной транзистор, представляющий собой комбинацию последовательно включенных транзисторов Ті и

Т2 (рис. 2.29). Так как эмиттерный ток транзистора служит од­ новременно током базы транзистора Т2, то коэффициент усиления ßc составного транзистора равен:

где ßi и ß2— коэффициенты усиления транзисторов Ті и Т2.

Так как обычно ßi > 1 , ß2 1, то ßc « ßiß2. Отсюда видно, что ßc может иметь значения сотен или тысяч при обычных значе­ ниях ßi, ß2 порядка нескольких десятков. Однако следует иметь в

Т2 выбирать более мощный транзистор; Ті и Т2 следует выбирать

110

таким образом, чтобы при заданном выходном токе / кис ~ Лшч ве­ личина ßc = ßiß2 была максимальной.

Тепловой ток коллекторной цепи составного транзистора ІкОС« « /лог» так как Т2 — более мощный транзистор. Таким образом, отношение /кос/ßc у составного транзистора меньше, чем соответ­ ствующее отношение у отдельных транзисторов, и в этом смысле применение составного транзистора для построения ключей более эффективно.

На рис. 2.296 приведена схема ключа на составном транзисторе (КСТ). В исходном состоянии КСТ заперт; транзистор Ту заперт напряжением на диоде Ду, а транзистор Т2 — напряжением на R2.

При подаче на вход Ту отпирающего перепада тока возрастают і’кь і'к2. /кс; зная переходные характеристики для отдельных транзи­

сторов, можно найти інс(і) и определить длительность фронта /ф включения КСТ интервалом времени от 0 до момента достижения

тельности соответствующего фронта в ключе на одном транзи­ сторе Ту.

После включения КСТ транзистор Ту оказывается в режиме насыщения, а транзистор Т2 — в активном режиме, так как всегда (и в режиме насыщения Ту) нкэ1 < 0 и, следовательно, «к-б2< 0.

При подаче на вход КСТ запирающего перепада тока длитель­ ность рассасывания в КСТ практически совпадает с длительностью рассасывания в транзисторе.

Длительность /ф фронта выключения КСТ существенно больше

ш

2.3.7. КЛЮЧИ НА ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМПАХ

Схема ключа на электронном лампе с анодной нагрузкой при­ ведена на рис. 2.30. В статическом режиме лампа работает либо в режиме отсечки токов, либо в режиме ограничения анодного тока (рис. 2.306).

Режим отсечки имеет место при условии, что напряжение ид на управляющей сетке отрицательно и меньше потенциала запи­

рания лампы {iig= ug < Ego), при этом токи лампы равны нулю н Пвык == Иц == Ра-

Режим ограничения анодного тока имеет место либо в резуль­ тате сеточного ограничения, либо за счет перехода лампы в крити­ ческий режим. Сеточное ограничение может наступить при поло­ жительном входном напряжении; при ug > 0 и при условии, что Rg RgI< (Rgl; — сопротивление сетка — катод при ug > 0), можно считать, что напряжение между сеткой и катодом зафиксировано на

нулевом уровне (ug «*0). При этом анодное напряжение ма и анод­ ный ток іа ограничены значениями wa = £/ао, іа = ha- Ограничение анодного тока (и анодного напряжения) возможно и по другой причине — за счет верхнего изгиба анодно-сеточной характери­ стики, обусловленного переходом лампы в критический режим. Од­ нако практически всегда R > RgK, и ограничение за счет верхнего изгиба анодно-сеточной характеристики возможно только тогда, когда критический режим наступает при и8 < 0, т. е. в случае при­ менения пентода и достаточно большого сопротивления анодной нагрузки (последнее встречается редко).

112

уровень, Rr мало; если УК выключен, e(t) имеет высокий по абсо­ лютной величине уровень и Rr велико.

Связь между ключами может осуществляться непосредственно или посредством включения резистивных делителей, диодов, транзи-. сторных усилителей и т. д.

Рассмотрим основные виды цепей связи между транзисторными ключами и методику расчета ключевых схем с различными цепями связи.

2.4.2. НАСЫЩЕННЫЕ КЛЮЧИ С РЕЗИСТИВНОЙ И РЕЗИСТИВНО-ЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ

Условия работоспособности

На рис. 2.32а приведена типовая схема транзисторного ключа ОЭ с резистивной связью (с одним входом). Параметры цепи свя­ зи выбираются так, чтобы удовлетворить условиям работоспособ­ ности ключа, т. е. чтобы: а) транзистор Т был закрыт при низком (по абсолютной величине) уровне управляющего напряжения е — = Е°\ б) транзистор Т был открыт и насыщен при высоком (по

где Нпор — пороговый уровень запирания транзистора [для транзи* стора типа п-р-п условие (2.71) записывается в виде UQ3 ^ . U nop].

114

Эквивалентная схема ключа для стационарного состояния б)

дана на рис. 2.32s; здесь Rlr — выходное сопротивление управляю­ щего ключа при e(t) = Е \ UQH < 0 — напряжение на базе насы­ щенного транзистора. Согласно этой схеме в соответствии с мето­

Условия запирания (2.71) и насыщения (2.72) транзистора дол­ жны быть удовлетворены во всем заданном температурном диапа-

ß) УК

зоне с учетом разброса параметров; в частности, они должны вы­ полняться При /ко == / кО макс И ß = ßjiiiH.

Рассмотрим важный частный случай, когда управляющий ключ представляет собой аналогичный транзисторный ключ (рис. 2.32г).

115

Як — сотни ом или единицы килоом, R — единицы или десятки килоом). Высокий уровень Е 1 на выходе управляющего ключа Т\ бу­

дет тогда, когда заперт, т. е. Е 1 = ЕІ{— IKORK, а Ri ^ RK, так как сопротивление Явыхз^ гк, где г„— сопротивление коллектор — эмиттер закрытого транзистора много больше RK.

С учетом последних замечаний условия запирания (2.71) и на­ сыщения (2.72) транзистора Т при управлении транзисторным клю­ чом Г] принимают вид:

Заметим, что если транзисторный ключ в закрытом состоянии работает не в режиме отсечки, а в активном режиме при малом коллекторном токе, то последние неравенства должны удовлетво­ ряться, если вместо / к0 писать /бЭ[например, /бз = (0,05-т-0,1)/он], а под Uпор понимать условный уровень запирания транзистора.

Эскизный расчет

Выбор параметров схемы транзисторного ключа с резистив­ ной связью (рис. 2.32а), удовлетворяющих условиям работоспо­ собности (2.73), (2.74) и другим дополнительным требованиям,

116

Расчет ключа на наихудший случай

Вернемся к неравенствам (2.73) и (2.74) и потребуем, чтобы они удовлетворялись в наихудшем случае, т. е. при наиболее не­ благоприятном разбросе параметров и в наиболее тяжелом тем­ пературном режиме. Нетрудно видеть, что при этом

следует выбрать. Например, выберем, как и раньше, номинальные значения и допуски величин Ее, Ек, RK и разрешим неравенства (2.82) и (2.83) относительно Re:

(Re,R)- Давая R различные значения, получаем соответствующие

118

В точке а R и /?б малы, поэтому требуемая мощность источников больше, но меньше влияние паразитных емкостей и больше бы­ стродействие; в точке с, наоборот, /?б и R больше; точке b соответ­ ствует компромиссное положение.

Заметим, что параметры ключа (кроме R и RQ) могут быть выбраны так неудачно, что кривые, построенные по ур-ниям (2.84) и (2.85), не пересекаются и замкнутая рабочая область не соз­ дается (рис. 2.336). В таком случае следует изменить некоторые параметры, например RE.

Как следует из ф-л (2.84) и (2.85), граница запирания подни­ мается при увеличении Ев, а граница насыщения опускается при увеличении RH, Ек> ß и уменьшении Е§. Очевидно, однако, что из­ менять Ес для изменения положения границ нецелесообразно (на­ пример, увеличение £б приведет к подъему обеих границ и опять замкнутая рабочая область может не получиться).

Рассмотренная выше методика расчета на наихудший случай достаточно универсальна и может быть применена для расчета других устройств.

2.4.3. НАСЫЩЕННЫЕ КЛЮЧИ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

На рис. 2.34а приведена схема непосредственной связи тран­ зисторных ключей ОЭ: коллектор предыдущего транзистора со­ единяется непосредственно с базой последующего.

Принцип работы схемы заключается в следующем. Пустьтранзистор Т1 открыт и насыщен: при достаточно большом управ­

ляющем токе базы гф = /б этого транзистора остаточное напряже­ ние ыШІ на его коллекторе оказывается весьма малой величины

условный пороговый уровень, при котором транзистор, работаю­ щий в активном режиме при малом коллекторном токе /,*, счи­ тается закрытым.

Параметры схемы должны быть выбраны так, чтобы при за­ пертом предыдущем транзисторе (например, Т2) был открыт и

119’