4.2.1.6. Варианты ключевых схем на транзисторах

Рассмотренной выше простой схеме транзисторного ключа свойствен ряд недостатков, обусловленных прежде всего необходимостью обеспечения ключевого режима транзистора при изменении условий окружающей среды и технологического разброса параметров элементов схемы. Может оказаться, например, завышенным значение коэффициента насыщения, выбранное с учетом минимального значения₀, в реальных условиях оказавшимся гораздо большим. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию времени рассасывания и уменьшению быстродействия ключа. В определенной степени этот недостаток устраняется в схеме рис. 4.10. Во входную цепь транзистора включена дополнительно ускоряющая цепочкаС₁,R₂, подробно рассмотренная ранее. При подаче отпирающего импульса ток в цепи базы форсируется емкостьюС₁, обеспечивая быстрое включение транзистора. Параметры ускоряющего звена рассчитываются таким образом, чтобы к началу выключения транзистора ток базы уменьшился до уровня, соответствующего границе насыщения с минимально необходимым запасом.

Рис. 4.10

Заметим, что создаваемое на емкости отрицательное падение напряжения, как результат протекания отпирающего тока, способствует также и более быстрому выключению транзистора.

Еще один вариант транзисторного ключа с нелинейной отрицательной обратной связью показан на рис. 4.11. В этой схеме между базой и коллектором транзистора включен диодVD(предпочтительно диод Шоттки), роль которого сводится к следующему. Обладая односторонней проводимостью, диод открывается при небольшом прямом напряжении между анодом и катодом, которое для этого типа диода всегда меньше напряжения отпирания коллекторного перехода. В результате отпирания диода создается цепь отрицательной обратной связи, резко уменьшающая коэффициент усиления транзистора по входному току.

Э

Рис. 4.11

то, в свою очередь, значительно уменьшает величину накопленного заряда в базе транзистора и время рассасывания. Быстродействие транзисторного ключа увеличивается.

Повышенным быстродействием обладает схема транзисторного переключателя тока, изображенная на рис. 4.12.

Рис. 4.12 Рис. 4.13

Структурно схема представляет дифференциальный усилитель постоянного тока, в эмиттерную цепь которого включен источник тока I₀. Параметры транзисторов и резисторов предполагаются одинаковыми. На один вход ключевого элемента подается управляющий сигналU_вх, принимающий два значения: низкое –U₂и высокое –U₁(рис. 4.13). На втором входе действует сигнал постоянного опорного уровняU_оп, причем величина его выбирается несколько большей, чемU₂:U_оп =U₂+U_эб+ 0.1 В, что позволяет при низком уровне входного сигнала обеспечить запирание транзистораVT1 и направить весь ток источника токаI₀в коллекторную цепь транзистораVT2.

Потенциалы коллекторов соответственно оказываются равными: U_к1 =Е₁ =Е_к;U_к2 =Е_к–I₀R_к.

Повышение уровня входного сигнала до величины U₁=U_оп+U_эб+0.1 В приводит к отпиранию транзистораVT1 и переходу транзистораVT2 в закрытое состояние. Теперь уже весь токI₀ переходит в коллекторную цепьVT1, снижая потенциал его коллектора до значенияU_к1 =Е_к–I₀R_к.

Высокое быстродействие переключателя тока объясняется следующими факторами:

1) отсутствием насыщения;

2) возможностью использования малых значений R_к, что способствует быстрому перезаряду емкости коллекторного перехода;

3) постоянная времени процесса включения и выключения здесь не _, а_.