Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 [ 158 ] 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

концентраций, происходящие вблизи эмиттера, распространяются до коллектора за время порядка Та, можно считать формулы (15-25) действительными тогда, когда длительность переходньа процессов превышает время распространения носителей вдоль базы.

Для решения уравнений (15-24) необходимо знать начальные значения заряда. Обычно эти начальные значения соответствуют

стационарным условиям, при которых все производные по времени равны нулю. Тогда получаем:

Q = /6T. (15-26)

т. е. в стационарном режиме неравновесный заряд дырок пропорционален базовому току. Это важное соотношение действительно не только в активной области, но и в области насыщения.

На границе активной области и области насыщения, когда еще действительны формулы (15-25), граничный заряд имеет величину:


Рис. 15-10. Распределение дырок в базе при активном, граничном и насыщенном режимах.

Qrp- /к. в.

(15-27)

г Де /к.н - ток насыщения. Выражение (15-27), как и соотношения (15-25), действительно только при не очень коротких переходных процессах Величина граничного заряда широко используется при анализе насыщенных ключей в качестве критерия перехода их из активной области в область насыщения и обратно.

Выразив токи в формуле (15-8) через заряды (15-26) и (15-27), получим наглядную интерпретацию степени насыщения:

Q-Q,

Разность Q - Qrp~ Q s6 называют избыточным зарядом; следовательно, степень насыщения характеризует относительную величину избыточного заряда. На рис. 15-10 показано распределение концентрации дырок (и тем самым заряда) для разных режимов работы транзистора.

В тех случаях, когда переходные процессы анализируются операторным методом, следует записать уравнение заряда в операторной форме и найти изображение заряда. Воспользуемся сначала простейшим уравнением (15-24в). Подставляя общее соотношение dQIdt =i S [Q - Q (0)1, получаем:

Q(s)

/6(s)T-KsT)Q(0) 1 -i-sT

(l5-28a)



в частном случае, когда Q (0) = О, получаем:

Q(s) = -TSr- (5-286)

Отсюда, зная функцию tg (О и ее изображение /g (s), можно найти по таблицам оригинал Q (t) и затем с помощью (15-25) ток h (О-

Уравнение (15-24в) позволяет ввести понятие сильного управляющего сигнала, которое часто упрощает анализ ключевых схем. Пусть сначала ключ находился в стационарном режиме {dQfdt = 0), а затем ток базы скачком изменился на величину A/g. Поскольку заряд Q не может измениться мгновенно, получаем в первый момент: (dQ/dt) ~ Д/g; следовательно, заряд сначала меняется линейно:

AQWfl <=A/g<, (15-29а)

\UtJe

или в операторной форме

AQ(s). (15-296)

В активном режиме, когда действительно соотношение (15-256), аналогичные выражения получаются для коллекторного тока :

Д/Л0=А/б~; (15-ЗОа)

Мк (15-306)

Выражения (15-29) и (15-30) действительны при условии постоянства производной dQIdt. Согласно (15-24в) такое постоянство обеспечивается при выполнении неравенства

A/g> (15-31а)

или для активного режима [с учетом (15-256)1

А/б>Ц==. (15-316)

Неравенства (15-31) называют условиями сильного сигнала. Значения AQ и А/к в правых частях (15-31) легко оцениваются при конкретном анализе переходных процессов. Если неравенства (15-31) остаются в силе на протяжении всего фронта выходного импульса, то фронт оказывается почти линейным.

В тех случаях, когда нужно учитывать влияние коллекторной емкости, пользуются уравнением (15-246). Если нагрузка чисто активная (сопротивление r, следует подставить в (15-246) dU == = /?к/ и выразить d/к с помощью соотношения (15-256). Тогда легко привести (15-246) к следующему виду:

dQ , Q т .

ai ine ое

Чтобы получить формулы (15-30), достаточно заменить в соотношении (15-256) величины Q и на AQ и Д/н, после чего приравнять правые части выражений (15-29) и соотношения (15-256). Величина т/р принята равной t . Строго говоря, вместо t должно стоять время пролета (4-138) (для бездрейфовых транзисторов - это время диффузии tj.



где постоянная времени v заменяет т:

Гоет + СШк. (15-32а)

Полагая т = (1 + р) Та и деля обе части (15-32а) на 1 + Р, получим эквивалентную постоянную времени, которая заменяет Ха, если нужно учесть коллекторную емкость:

Тас Х + сл. (15-326)

Под емкостями Ск и Ск понимаются емкости, усредненные по диапазону напряжений. Согласно [147] такое усреднение приводит к результату Ск ~ 1,6 Ск {Е) в случае отпирания, когда напряжение меняется от до 0. и Ск ~ 2,1 Ск (Е) в случае запирания, когда напряжение меняется от О до Е. В сущности постоянные времени Хде и т ое те же, что и в усилительной технике [см. (7-36) и (10-7)]. Разница состоит только в том, что емкости Ск и Ск усреднены, а коэффициенты токораспределения Vk и Yk при постоянных времени т и t положены равными единице (в ключевых схемах редко учитывают сопротивления rS и г.

Легко убедиться, что в изображениях (15-28) учет емкости Су. приводит к замене т на Хое только в знаменателях и при члене Q (0). Условия сильного сигнала (15-31) с учетом емкости не меняются, а в выражениях (15-30) следует заменить Ха на Таое-

15-5. ПЕРЕХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЛЮЧА ОЭ

Процесс замыкания транзисторного ключа можно разделить на три стадии: задержка, формирование положительного фронта выходного тока и накопление избыточного заряда в базе. Процесс размыкания ключа можно разделить на две стадии: рассасывание избыточного заряда и формирование отрицательного фронта. Анализ переходного процесса в транзисторном ключе был впервые проведен в работе [155] на основе эквивалентной схемы (рис. 4-9) с использованием операторных выражений для коэффициента а. Однако проще рассмотреть каждую из пяти стадий переходного процесса, используя для анализа уравнения заряда (15-24).

Задержка фронта. Эта стадия переходного процесса обусловлена перезарядкой барьерных емкостей Сд и Ск под действием входного сигнала. В исходном состоянии, когда ключ заперт, на базе транзистора имеется положительное смещение f/eo, обусловленное положительным входным сигналом Е = Евг, (рис. 15-1). Когда сигнал Eq скачком принимает отрицательное значение -Ei, призванное отпереть ключ, через сопротивление Re и входную емкость Свх начинает протекать ток. Поскольку напряжение на входной емкости не может измениться скачком, транзистор остается запертым вплоть до полного ее разряда. Емкость С перезаряжается от напряжения Ueo до -Egi по закону

с (О = 6 (О = (£б 1 + и6 о) е - £б I.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 [ 158 ] 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.