Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Ключи на полевых транзисторах. Особенности работы и отличие ключей на биполярных транзисторах. Способы повышения быстродействия




Ключевые схемы на биполярных транзисторах.

Особенности работы биполярного транзистора в ключевом режиме. Факторы влияющие на быстродействие и способы повышения быстродействия.

Статический режим:

Ключевая cxема в статическом режиме описывается статической передаточной

характеристикой Uвых = f(Uвх)

Область отсечки

При входном напряжении Uвх отрицательной полярности (Uвх < 0) эмиттерный переход

смещен в обратном направлении, транзистор работает в области отсечки (разомкнутое

состояние ключа), ток в коллекторной цепи очень мал (Iкбо порядка 10 мкА), а

напряжение

Uвых = Eк - Iкбо Rк ~ Eк (1)

близко к напряжению питания Ек.

Активная область

Когда напряжение на базе станет положительным и равным напряжению отпирания

транзистора Uотп, эмиттерный переход открывается и транзистор переходит в активную

область. Выходное напряжение определяется соотношением

UВЫХ=Ек–Iк*Rк=Ек–B*Iботп*Rк, (2)

где В - коэффициент усиления базового тока, а

Iботп = (Uвх – Uотп) / Rб (3)

отпирающий базовый ток.

Область насыщения

При достаточно большом положительном напряжении Uвх, когда выполняется условие

насыщения транзистора

В*Iботп ≥ Iкн, (4)

транзистор входит в режим насыщения (режим двойной инжекции), что соответствует

замкнутому состоянию ключа. В режиме насыщения напряжение на коллекторе

транзистора мало (Uост = 0,05..0,1 В), а ток насыщения коллектора определяется

формулой

Iкн = (Eк – Uост) / Rк ≈ Eк / Rк (5)

Чтобы транзистор не выходил из режима насыщения при изменении его параметров,

неравенство (4) должно быть достаточно сильным. Для количественной оценки силы

неравенства (4) вводят параметр S - степень насыщения

S = (B*Iботп) / Iкн. (6)

Значение S = 1 соответствует границе между режимами насыщения и активным. Базовый

ток, соответствующий границе насыщения

Iбгр = Iкн / B. (7)

На границе насыщения напряжение на коллекторном переходе транзистора Uбк = 0; при S

> 1 коллекторный переход смещается в прямом направлении (Uбк > 0).

Переходный режим:

При ступенчатом изменении входного напряжения в схеме ключа происходят переходные

процессы, которые характеризуются следующими временными интервалами:

tз - задержка фронта;

tфp - время фронта,

tн - время накопления избыточного заряда;

tp - время рассасывания избыточного заряда;

tcp - время среза.

Временные диаграммы токов и напряжений в ключе при ступенчатом изменении

входного сигнала показаны ниже

Задержка фронта. Задержка фронта обусловлена зарядом входной емкости запертого

транзистора Свх до напряжения отпирания Uотп. Время задержки фронта определяется

следующим выражением

tз = Свх*Rб*ln((E1 + E2)/(E2 – Uотп)), (8)

где входная емкость Свх равна сумме барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного

переходов транзистора:

Свх = Сэ + Ск(э). (9)

Формирование фронта. На этапе формирования фронта транзистор работает в активном

режиме. В базовой цепи протекает отпирающий ток Iботп, а ток коллектора

экспоненциально нарастает

Iк(t)=B*Iботп*(1 – exp(-t/ôв)), (10)

где ôв - эквивалентная постоянная времени, характеризующая скорость нарастания

коллекторного тока.

ôв = ôâ + ôк

ôâ - время жизни неосновных носителей в базе;

ôк = Ск(э)*Rк - постоянная времени коллекторной цепи транзистора, включенного по

схеме с ОЭ.

Формирование фронта заканчивается, когда ток коллектора достигает значения Iкн.

Длительность фронта выражается следующим образом:

tфр = ôв*ln(B*Iботп / (B* Iботп – Iкн)). (11)

Накопление избыточного заряда. В конце этапа формирования фронта транзистор

оказывается на границе области насыщения. После этого начинается процесс накопления

избыточного заряда в базовом и коллекторном слоях транзистора. Поскольку внешние то-

ки транзистора на данном этапе практически не изменяются, заряд накапливается

благодаря термогенерации носителей, следовательно, скорость накопления определяется

средним временем жизни носителей в базовом и коллекторном слоях ôср. Процесс

накопления заряда заканчивается через время tн= 3*ôср, которое называют временем

накопления, при достижении величины заряда Q = Iботп*ôср.

Рассасывание избыточного заряда. При переключении входного напряжения от значения

Е2 до значения - Е1, заряд, накопленный в базовом и коллекторном слоях, не может

измениться скачком, следовательно, не изменятся мгновенно и напряжения на

эмиттерном и коллекторном переходах. В момент переключения входного сигнала на

обоих переходах сохраняются прямые смещения, близкие к напряжению отпирания

Uотп. Ток базы изменит направление и примет значение

Iбобр = (- E1 – Uотп) / Rб. (12)

Скачок базового тока от значения Iботп до Iбобр (обратный базовый ток) вызывает

рассасывание заряда со скоростью, определяемой постоянной времени ôср. На этапе

рассасывания заряда ток коллектора и напряжение на коллекторе не меняются. Оконча-

ние этапа рассасывания характеризуется тем, что концентрация избыточных носителей

на границе базы с коллектором падает до нуля и на коллекторном переходе

восстанавливается обратное напряжение (Uбк < 0). После этого начинают уменьшаться

коллекторные ток и напряжение. Длительность стадии рассасывания определяется

выражением:

tр = ôср*ln((Iботп – Iбобр) / (Iбгр – Iбобр)). (13)

Формирование среза. По окончании этапа рассасывания начинается стадия

формирования среза (tcp), которая заканчивается запиранием транзистора. При малых

запирающих токах длительность стадии среза определяется формулой:

tcp=ôв*ln(l + Iбгр / Iбобр).

Iбобр

При большом значении запирающего тока (Iбобр ≈ Iкн) транзистор оказывается в режиме

динамической отсечки, при котором оба перехода смещены в обратном направлении, а в

базе в течение некоторого времени сохраняется остаточный заряд. В этом случае

формирование среза выходного напряжения происходит с постоянной времени отсечки:

ôотс ≈ 0,25*tпр + Ск*Rк,

где tпр - время пролета носителей заряда через базу. Время среза выражается

соотношением

tcp = 2,З*ôотс.

Уменьшить время переходных процессов удается путем введения в цепь управления

форсирующего конденсатора Суск (рис.4), который позволяет увеличить токи базы Iботп

и Iбобр на короткий промежуток времени, в то время как стационарные токи базы

практически не меняются.

 

 

Ключи на полевых транзисторах. Особенности работы и отличие ключей на биполярных транзисторах. Способы повышения быстродействия.





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-07-29; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1505 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Люди избавились бы от половины своих неприятностей, если бы договорились о значении слов. © Рене Декарт
==> читать все изречения...

2528 - | 2340 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.011 с.