6. Ненасыщенные ключи

Задержка отрицательного фронта, связанная с рассасыванием из­быточного заряда, затрудняет работу быстродействующих импульс­ных схем. Поэтому, если необходимо получить максимальное быстро­действие, транзистор не вводят в режим глубокого насыщения. Такие ключи называют ненасыщенными. В них транзистор работает на гра­нице активной области, а для предотвращения насыщения вводят нелинейную обратную связь, например так, как показано на рис. 7.11, а, б.

Рис. 7.11. Схемы ненасыщенного ключа с нелинейной обратной связью (а, б) и с диодом Шоттки (а)

Основной смысл введения обратной связи заключается в фиксиро­вании потенциала коллектора относительно потенциала базы. Други­ми словами, необходимо обеспечить, чтобы этот потенциал всегда ос­тавался отрицательным. Положительный потенциал характерен для режима насыщения.

Если бы диод был идеальным (рис. 7.11, а) и открывался при близ­ком к нулю прямом напряжении, то источник смещения можно было бы не подключать. Учитывая, что диол открывается только при напря­жении U = 0,34-0,4 В, приложенном в прямом направлении, э. д. с. источника смещения Е$ выбирают порядка 0,4—0,6 В

.При отпирании транзистора диод будет закрыт до момента, пока потенциал его коллектора не станет равным значению, при котором диод открывается. С момента открытия диода все приращение коллек­торного тока идет через него в цепь базы и замыкается через источник входного сигнала. Это уменьшает ток базы приблизительно в 1 + ймэ раз. В итоге избыточный заряд, накапливаемый в базе тран­зистора, будет много меньше, чем при включении его в обычную схему насыщенного ключа.

Если теперь подать на вход запирающий импульс Д/, то он почти полностью пойдет в базу транзистора, так как сопротивление участка база—эмиттер значительно меньше сопротивления участка цепи диод— резистор R„. При этом в течение определенного времени приращение коллекторного тока происходит по-прежнему через открытый диод в базу транзистора. Это приращение накладывается на управляющий импульс, вызывая его уменьшение до момента закрытия диода. Умень­шение накопленного в базе заряда приводит к тому, что время задерж­ки, обусловленное рассасыванием накопленных неосновных носите­лей заряда, близко к нулю.

Существенного повышения быстродействия можно добиться толь­ко при использовании диодов, имеющих малое время восстановления. Если применять низкочастотные диоды, в которых велико время рас­сасывания заряда, накопленного в базе, то эффект от введения нели­нейной ОС будет незначителен.

Для получения максимального быстродействия в качестве диода Д используют диоды Шоттки (рис. 7.11, в). Они имеют малое время восстановления (не превышает 0,1 нс), низкое напряжение отпирания (около 0,25 В) и малое сопротивление в открытом состоянии (около 10 Ом). При применении диодов Шоттки отпадает необходимость во введении дополнительного напряжения смещения. Это обусловлено тем, что диод отпирается при более низком напряжении между кол­лектором и базой, когда транзистор еще находится на границе актив­ного режима.

Недостатки ненасыщенного транзисторного ключа обусловлены особенностями его режима и сводятся к следующему:

1. Падение напряжения t/кэ на открытом ключе больше, чем в насыщенном режиме (порядка 0,5 В).

2. ТК имеет плохую помехоустойчивость, что объясняется более высоким входным сопротивлением в открытом состоянии. В резуль­тате этого различные помехи, например скачки напряжения £_к, при­водят к соответствующим скачкам падения напряжения на транзис­торе.

3. Температурная стабильность ненасыщенного ключа значитель­но хуже, чем у насыщенного.