Підвищення швидкодії транзисторних ключів

Для підвищення швидкодії транзисторних ключів необхідно знайти компроміс між двома взаємовиключаючих підходів: для зменшення часу вмикання ключа (перепад U_КЕ від E_Ж до U_зал) необхідно забезпечити струм бази; для забезпечення зменшення часу вимикання ключа (перепад U_КЕ від U_зал до E_Ж) необхідно забезпечити струм бази І_Б ‹ І_Бнас. Існують кілька схем транзисторних ключів, які дозволяють включати ключі струмом бази І_Б › І_Бнас, але не доводити транзистор до насичення, чим скорочувати час вимкнення ключа: схеми із нелінійним зворотнім зв’язком; схеми з переходом Шоткі; схеми з диференціюючою RC-ланкою.

Схема із нелінійним зворотнім зв’язком. Коли транзисторний ключ закритий, то напруга колектора близька до + E. При цьому потенціал на катоді діода вище ніж потенціал на аноді. Діод закритий і не впливає на роботу схеми.

Коли ключ відкритий – транзистор знаходиться в насиченні напруга U_КЕ = U_зал, потенціал катоду нижчий потенціалу аноду, діод відкривається та за рахунок нелінійного зворотного зв'язку, через діод VD, відбувається автоматичне підтримування струму бази на рівні струму насичення. Такий режим роботи називається ненасиченим режимом (s = 1), а такий ключ називають ненасиченим ключем. Ненасичений ключ має найбільш високу швидкість вимикання ключа.

Схема із застосуванням діоду Шоткі. Діод Шоткі включається паралельно колекторному переходу. Властивість діоду Шокті - менше значення прямої напруги ніж у напівпровідникових переходах. Коли ключ відкривається, а транзистор прагне перейти в режим насичення, колекторний перехід і діод Шоткі зміщуються в прямому напрямку, але завдяки меншій прямій напрузі діод Шоткі фіксує пряму напругу на паралельному до нього переході база – колектор на рівні меншому ніж в режимі насичення. Ненасичений ключ має найбільш високу швидкість вимикання ключа.

Схема із диференціюючою RC-ланкою. Ємність С в моменти часу, що відповідають включенню та вимкненню ключа, створює нетривале збільшення струму бази. В омент відкривання транзистора базовий струм протікає через R_Б’,конденсатор С, перехід база-емітер та перевищує струм насичення І_Б › І_Бнас, що скорочує час вмикання ключа. Через деякий час конденсатор заряджається і базовий струм протікає вже через R_Б’, R_Б “таперехід база-емітер, тому перед закриванням ключа транзистор знаходиться не в режимі насичення, а на межі між активним режимом та режимом насичення. В момент закривання ключа транзистор закривається великимзворотним струмом, який протікає через перехід база-емітер, конденсатор С, R_Б’. Отже, відбувається швидке розсмоктування надлишкового заряду, а це призводить до швидкого зниження струму колектора. Цей спосіб досить широко застосовується для форсування роботи ключів.