Структури базових логічних елементів, страница 3

       3. Режим насичення широко використовується  для створення умов надiйної роботи транзистора в вiдкритому станi, так як забезпечується незалежнiсть вихiдного нульового рiвня вiд нестабiльностi навантаження, напруги живлення, а також вiд коливань параметрiв самого транзистора.

         Фiзична основа цього явища полягає в слiдуючому. В активному режимi роботи  транзистора мiж струмом бази та струмом колектора iснує строга пропорцiя, яка визначається коефiцiєнтом передачi b. В режимi насичення колекторний струм не залежить вiд струму бази в iнтервалi його змiни

                        I_Б5  £ I_Б  £ N I_Б5.

Суттєве пiдвищення значення струму бази приводить до накопичення зарядiв в областi бази, що забезпечує стабiльнiсть колекторного струму навiть при наявностi вiдмiчених вище дестабiлiзуючих факторiв.

      4. Але наявнiсть режиму насичення має i свої недолiки, якi проявляються в динамiчних режимах роботи ключа. Дiаграми, якi пояснюють особливiсть динамiчних режимiв, приведенi на рис.2.4.

Поява вхiдного вiдкриваючого iмпульса приводить, вiдповiдно до (2.6), до  появи iмпульса базового струму (рис.2.4б) який без врахування базових та паразитних  ємкостей фактично повторює форму iмпульса вхiдної напруги. Але характер змiни колекторного струму вiдрiзняється вiд базового. Пояснюється це iнерцiйнiстю колекторних кiл транзистора, якi можуть бути врахованими еквiвалентною постiйною часу t_т=t_b+t_к,де t_b=(b+1)/f_b - постiйна часу, що визначається обмеженою швидкiстю руху зарядiв;t_к=r_кC_к – постiйна часу колекторного переходу (r_к, C_к – його параметри, f_b - гранична частота роботи транзистора при включенні його по схемі з загальним емітером).

       Колекторний струм при вказаних умовах змiнюється по закону:

                   і_К(t) »b×U_ВХ×(1–exp(-t/t_т))/R_Б.                                                       (2.7)

Якщо I_Б >> I_Б5, то забезпечується швидке наростання струму колектора до величини I_КН <bI_б. Завдяки цьому тривалiсть фронту вихiдного iмпульса, знайдена з (2.7) при умовi, що при t=t₁        I_К(t)= I_КН

    t_j= t₁ – t₀ = t_т×ln(N/(N-1))                 (2.8)

буде мати дещо скорочену тривалiсть.

     5.  Запирання транзистора починається з моменту t₂, коли iмпульс вхiдної напруги i, вiдповiдно, вхiдний струм, зменшуються до нуля. З цього моменту накопичений заряд в областi бази транзистора, обумовленний надмiрним струмом бази, починає зменшуватись вiд величини еквiвалентної bI_б до нуля, з постiйною часу t¢_b1 »( 2-4)t_b. В iнтервалi часу t₂ - t₃ величина заряду зменшується до величини, для якої характерною є пропорцiйнiсть I_К=bI_б. Для точки t₃ ця пропорцiя визначається формулою (2.3). Звiдси витiкає, що в iнтервалi часу t₂ - t₃, який називається часом розсмоктування збиткових носiїв в областi бази t_Р,

Рис.2.4.               колекторний струм транзистора залишається незмiнним.

       Зрозумiло, що вказаний iнтервал часу, який визначається по формулi:

                         t_Р=t¢_blnN,                                                                                (2.9)

являється вимушеною затримкою вимикання транзистора, причому, вказана затримка пропорцiйна коефiцiєнту насичення N.

       Пiсля завершення iнтервалу t_P транзистор в активному режимi переходить з вiдкритого стану до закритого за iнтервал часу спаду t_C:

                         t_С  = t_bln9 » 2.2t_b(2.10)

       Розглянутй ключ вiдноситься до типу бiполярних насичених ключiв з статичним навантаженням. Як витiкає з (2.8) – (2.10) задачi створення швидкодiючого  біполярного ключа зустрiчаються з суперечливими вимогами щодо коефiцiєнта насиченостi.

Приклад 2.1  Оціними часові характеристики  перемикання ключа на транзисторі КТ315Б з слідуючими параметрами b =50 -700; =500пс; f_b =250 мГц. Задаємо N=3.

Обчислюємо параметр для найменшого значення b =50   t_b = (50+1)/250×10^-6 + t_К = с.

                t_ф =0.25×10^-6×ln(3/(3-1) =0.1×10^-6 сек;

                t_р =(2-4) 0.25×10^-6ln3 =0.5×10^-6 сек;