после преобразований можно записать критерии насыщения в таком виде: . ,

(1+Р) + 1 .

Е,>Ек-0*-0-. (15-55)

(1 + Р)-Ьр

где ЕяЕк - модули соответствующих напряжений. В частности, при /?э = О этот критерий переходит в условие (15-7) для ключа ОЭ. Интересно отметить, что при условии

(15-56)

потенциал транзистора Ut оказывается больше, чем Е, и, следовательно, ток коллектора становится отрицательн ым: транзистор вырождается в двойной диод.

Переходные процессы в ключе-звезде имеют некоторую специфику. Так, положительный фронт формируется в условиях меняющегося тока базы:

6 = /б(0)-Тб ,с.

где /б (0) = E6i/(Rg -f Яб) - начальный ток базы; Уб = ?э/(?э + ?б) - коэффициент обратной связи, хорошо известный по усилительным схемам.

Подставляя изображение /б(8) = /б (0) -убкЫ в (15-286) и выражая ток /к (s) через заряд Q (s) согласно (15-256), нетрудно получить изображение заряда. Затем, переходя к оригиналу Q (t) и полагая Q (ф = Q, находим время положительного фронта:

/б(0)-(1+РТб)

Выражение (15-57) имеет две особенности: во-первых, постоянная времени перед логарифмом меньше, чем т, и зависит от схемного параметра уб. во-вторых, ток насыщения I.n является функцией отпирающего сигнала Eg, поскольку /к.н = (к - 17 ) ёк> где потенциал Uj. зависит от Е. В частности, если соблюдается условие (15-56), то /к.н<0. При этом из (15-57) сдедует: < О, т. е. положительный фронт формируется мгновенно. Физически вто понятно: в таком режиме транзистор работает как двойной диод, т. е. инжекция через коллекторный переход наступает одновременно с инжекцией через эмиттерный переход; следовательно, накопление избыточных носителей начинается сразу после подачи сигнала.

Процесс накопления происходит, как и в любом ключе, с постоянной времени Тц, а время накопления определяется формулой (15-39).

Процесс рассасывания имеет ту спещ1фику, что поступление запирающего импульса Д£б сопровождается изменением не только базового тока, но и коллекторного тока насыщения. Это следует из пропорциональности величин А/к ~ Д{/у, ~ Д£б- Легко убедиться, что запирающий сигнал Afg вызывает увеличение тока коллектора и соответственно граничного заряда Qrp. Поэтому при тех же значениях /бг и Q (0) рассасывание в ключе-звезде происходит быстрее, чем в ключе ОЭ.

Формирование отрицательного фронта происходит в условиях меняющегося тока базы. Тем же методом, который использован при

выводе (15-57), можно получить:

(I+PV6)

(15-58)

где /к - ток насыщения после подачи запирающего сигнала.

Формула (15-58) действительна только при достаточно слабом сигнале, когда динамическая отсечка играет сравнительно малую роль. В противном случае время <ф будет меньше, так как величину нужно заменить на /j - /g (ф.

15-7. НЕНАСЫЩЕННЫЕ КЛЮЧИ

Задержка отрицательного фронта, связанная с рассасыванием избыточного заряда, затрудняет работу многих импульсных схем. Поэтому в свое время встала задача ликвидации такой задержки путем предотвращения насыщенного режима ключа.

Казалось бы, самый простой путь - это ограничить величину отпирающего сигнала (тока базы) на таком уровне, который недостаточен для насыщения. Однако практически, с учетом разброса параметров и других факторов, этот путь реализуется только в некоторых частных схемах (см. ниже Токовые ключи ).

а--ta-

Рис.

15-24. Ключ с нелинейной обратной связью.

о - простейший вариант; б - рабочая схема.

Попытки использовать диодную фиксацию коллекторного потенциала на отрицательном уровне не дали желаемых результатов: несмотря на отсутствие насыщения, задержка отрицательного фронта остается из-за рассасывания заряда в диоде и даже может превышать задержку в насыщенном ключе 1147]. Анализ показал, что правильное решение состоит в фиксации коллекторного потенциала не на постоянном уровне, а относительно потенциала управляющего электрода. Такой способ получил название нелинейной обратной связи [147].

Ключи с нелинейной обратной связью. Простейший вариант такой схемы показан на рис. 15-24, а. Здесь источник смещения £ф играет вспомогательную роль: он призван скомпенсировать прямое падение напряжения на открытом диоде. Эта задача рассматривается ниже. При анализе схемы целесообразно считать источник смещения отсутствующим, а диод идеальным (прямое напряжение и прямое сопротивление равны нулю).

При достаточно больших коллекторных напряжениях диод заперт и цепь обратной связи отключена. Отпирание диода проис-

ходит тогда, когда с увеличением тока потенциал коллектора падает до напряжения f/g- Это условие можно записать в виде

где /к - ток, соответствующий отпиранию диода .

Коллекторному току / соответствует ток базы /в 1он легко определяется из соотношения (4-72)] и равный ему входной ток /:

/ = /б = -/ио. (15-59)

Поскольку диод принят идеальным, то после его отпирания напряжение Ue оказывается равным нулю независимо от дальнейшего увеличения входного тока. Следовательно, инжекции через коллекторный переход не происходит, режим насыщения не имеет места и транзистор по-прежнему работает в активном режиме.

После отпирания диода последующие приращения входного тока складываются из приращений базового тока и тока диода:

Д/ = Д/б + /д,

где Д/ = / - / и Д/б = /б - Гб- Поскольку при открытой цепи обратной связи приращения Д/к идут практически полностью через низкоомную цепь диода (а не через сравнительно высокоомную цепь./?к), можно считать /д = Д/ = рД/б- Тогда после некоторых преобразований получаем:

А/ = /д/а.

В частности, при входном токе /i получаем соотношение

/1-/ = /д1/а. (15-60)

Теперь подадим на вход запирающий импульс Д/. Этот импульс почти полностью пойдет в базу транзистора, так как сопротивление участка база - эмиттер гораздо меньше сопротивления участка диод - Rk>> (в который, вообще говоря, могла бы ответвиться часть тока Д/). Под действием запирающего импульса ток коллектора начинает уменьшаться. Поскольку диод остается пока открытым, приращения Д/,£ по-прежнему идут через диод в цепь базы и накладываются на исходный импульс Д/, поэтому ток базы постепенно начинает уменьшаться. В операторном виде можно записать:

Д/б(8) = Д/-р(8)Д/б(8);

А/д(8) = Р(8)Д/б(5).

* Ток / является аналогом тока в насыщенном ключе: в обоих случаях - это ток в нагрузке при открытом состоянии ключа. Количественное различие в значениях Ig я 1 обусловлено различием напряжений t/g и U [см. (15-56)]. Первое составляет 0,5-1,0 В, а второе 0,1-0,5 В (в зависимости от Типа транзистора).