Выше мы не учитывали объемных сопротивлений слоев. Учет этих сопротивлений сводится к тому, что межэлектродные напряжения следует изменить на величину падения напряжения в соответствующем слое, т. е.

(см. рис. 4-12, а)

(15-12а)

= /.-.. + /к-кк, (15-126)

£е

Ре Л +0

Рис. 15-5. Общий случай транзисторного ключа (а) и его эквивалентная схема в режиме насыщения (б).

+6 +6 +6

£i -О

£г

£з

где и - сопротивления слоев; тл 0 - напряжения на переходах, вычисляемые по формулам (15-9).

Сопротивление оказывается существенным

практически всегда. Напротив, сопротивление г приходится учитывать лишь в исключительных случаях, поскольку слой эмиттера наиболее низкоомный. Что касается сопротивления гк, то его роль в значительной степени зависит от типа транзистора. У сплавных транзисторов око обычно столь же мало, как и г (не более одного

ома). У плакарко-эпитак-сиалькых транзисторов оно значительно больше и может составлять десятки и сотни ом. При этом суммарное напряжение \Ькд\ ка замкнутом ключе может при сильных токах достигать 1-1,5 В. Такое большое значение не идет ки в какое сравнение с величиной, определяемой формулой (15-10в) для идеализированного транзистора. При расчетах по формулам (15-11) сопротивление rs следует складывать с Р . Найденное значение Uj. близко к потенциалу 0, а потенциал получается путем добавления члена - /дГкк. В случае кремниевых транзисторов в расчетах потенциалов Ut ип учитываются также напряжения ка открытых переходах (см. с. 466 перед петитом).

Дифференцируя (15-12а) и (15-126) соответственно по и 1, получаем дифференциальные входное и выходное сопротивления ключа в режиме насыщения:

Квх.и=г(,э + гээ+гб. (15-13а)

+6 +0

Рис. 15-6. Обобщенные схемы, соответствующие теореме узловых напряжений,

о - генератор тока подключен к узлу; б - генератор тока подключен к части проводимости.

(15-136)

в этих выражениях первые слагаемые в правых частях являются дифференциальными сопротивлениями переходов в режиме насыщения и рассчитываются как производные от (15-9):

(1 + Р,)/б +

ФЛ(1+Р/+Рлг) (Рл.б-М[(1 + Р,)/б + ]

(15-14а)

(15-146)

Оба эти сопротивления монотонно уменьшаются с ростом тока /g. С ростом тока /к сопротивление г тоже монотонно уменьшается, а сопротивление гэ имеет минимум при токе /

K.cnx=0.5(PV-P/-l)V 4ф

/б(1+Р/+М*

(1&-14B)

В области малых коллекторных токов (/ < P/g) сопротивление г имеет величину:

кэоФу/(1+Р/)/б. (15-14Г)

Расчеты показывают, что дифференциальные сопротивлекия переходов в режиме насыщения обычно лежат в пределах нескольких ом. Такое же и даже меньшее значение имеет омическое сопротивление / . Поэтому сопротивлением насыщенного ключа вых.и можно либо пренебрегать, либо (в случае планарко-эпитаксиаль-ных, сплавко-диффузиокных и мезатранзисторов) считать его равным Гдк. Что касается входного сопротивлекия /?вх.н. то оно близко к сопротивлению и этим часто пользуются при анализе насыщенных ключей, полагая

/? . я/-б. (15-15)

Следует, однако, иметь в виду, что значение в режиме насыщения может существенно (в несколько раз) отличаться от значения, соответствующего усилительному режиму 1-ранзистора. Причина различия состоит в модуляции базового сопротивления накапливающимися носителями (рис. 15-7). Точно рассчитать уменьшение rg под дейстаием модуляции трудно, так как распределение заряда в базе насыщенного транзистора имеет сложный характер. Приближенный анализ (см. [148], а также 2-е издание данной книги, стр. 384) приводит к соотношению вида

-б= -б1-1-

1+/6 *

(15-16)

которое качестаенно подтверждается измерениями [149]. Ток /* у маломощных транзисторов может составлять доли миллиампера, так что модуляция сопротивления нередко становится существенной уже при токах базы порядка 1 мА.

Рис, 15-7. Симметричный транзистор со ступенчатым распределением заряда, модулирующего сопротивление базы.

15-3. ТРАНЗИСТбРЙЫЕ ПРЕРЫВАТЕЛИ .:

Использование прерывателей в усилителях постоянного тока бьшо описано в § 13-6. В таких прерывателях (рис. 15-8) транзисторы работают в ключевом режиме, имеющем, однако, особенности по сравнению с описанным выше: во-первых, источником питания служит источник сигнала (т. е. напряжение питания не остается постоянным); во-вторых, напряжение Ux, играющее роль Е, может иметь весьма малое значение (десятки милливольт и меньше).

Пусть ключ на рис. 15-8, а заперт по базе напряжением + Е(,. Тогда при всех значениях 11 < в выходкой цепи протекает ток, близкий к

ко И соответствующая характеристика идет почти

1,<

О Чех

Egconst

Ig= const

Рис. 15-8. Рабочие характеристики прерывателя, а - по схеме ОЭ; 6 - по схеме ОК (Свых ~ аЬ-

горизонтально. Пусть теперь в цепи базы задан положительный ток /g. Тогда при всех токах < P g транзистор насыщен, выходное напряжение очень мало и соответствующая Характеристика идет почти вертикально. Назовем характеристику, по которой перемещаются точки а (рис. 15-8, а), линией запирания, а характеристику, по которой перемещаются точки Ь, - линией отпирания. Эти линии, показанные ка рис. 15-8, а в области, близкой к началу координат, вообще говоря, свойственны любому ключу (на рис. 15-2 на этих линиях расположены точки Л и Б).

Из рис. 15-8, а видно, что в отличие от идеального (контактного) прерывателя, у которого линии запирания и отпирания совпадали бы с осями координат, в транзисторном ключе эти линии имеют конечный наклон, а главное, их точка пересечения не совпадает с началом координат. Последнее обстоятельство приводит к тому, что при конечном сигнале Uxi получается нулевое выходное напряжение и, наоборот, при нулевом сигнале IJxz - О получается ко-