Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 12

Для выявления общих принципов управления длительностью различных этапов переключения рассмотрим схему транзисторного ключа (рис.2.9а), в базовой цепи которого имеется дополнительная цепочка с источником отрицательной полярности . На диаграммах рис.2.10 представлены изменения во времени токов  , и напряжения на коллекторе   на различных этапах переключения.

Этап перехода в насыщение

Для стадии перехода в насыщение используем, как и ранее, приближение  и составим эквивалентную схему базовой цепи рис.2.9б.  Применяя   принцип суперпозиции,  определим ток ,  управляющий режимом  транзистора:

.                            (2.22)

Рис. 2.9

При включении открывающего напряжения  в базу транзистора поступает скачёк тока    (рис.2.10а) и  аналогично с рис.2.8  коллекторный  ток  растёт по экспоненте до тока коллектора насыщения: .  Время перехода транзистора в насыщение

  .                         (2.23)

Заметим, что это больше, чем длительность  на рис.2.8 вследствие уменьшения открывающего тока (2.22),  вызванного действием источника  в базовой цепи.

Напряжение на коллекторе  также уменьшается по экспоненте , причём асимптотическая величина  в условиях насыщения    оказывается отрицательной.

Рис. 2.10

Прекращение процессов нарастания  и уменьшения  (на уровне ) в точке  на рис.2.10б,в  выглядит как изломы на диаграммах, свидетельствующие о нелинейном событии перехода транзистора в насыщение. Отметим, что такие изломы обычно хорошо видны на экспериментальных осциллограммах.

В точке   завершается этап переключения коллекторного напряжения в схеме рис.2.9. Однако ток  продолжает нарастать, доставляя в базу избыточный заряд  (пунктирная линия  на рис.2.10б).

Этап перехода в отсечку

Для переключения схемы рис.2.9 в режим отсечки следует выключить открывающий ток .  Предположим  предварительное достижение статического состояния насыщения и  выключим  при , (рис.2.10а). При этом наличие в базе  (диффузионной ёмкости)  избыточного заряда позволяет по-прежнему использовать линейную эквивалентную схему рис.2.9б. Полагая в (2.22)  , определим, что ток в цепи базы  становится отрицательным (рис.2.10а):

.                       (2.24)

Ток  в соответствии с рис.2.7а  разряжает диффузионную ёмкость с постоянной времени , уменьшая величину избыточного заряда. Этот процесс представлен на рис.2.10б экспонентой с начальным значением  и асимптотическим (штриховая линия).

Начальный этап выключения состоит в уменьшении величины кажущегося тока от до (точка  на рис.2.10б), при этом сохраняется режим насыщения, коллекторный ток и напряжение не изменяются (рис.2.10б,в). Длительность этого этапа называют временем задержки:

 .                     (2.25)

Из (2.25) и диаграммы рис.2.10б можно видеть, что интервал задержки определяется степенью насыщения (2.11) транзистора   и сокращается при увеличении закрывающего тока ,  создаваемого источником .

Вторая часть этапа выключения начинается в момент времени , когда  кажущийся коллекторный ток достигает уровня  и транзистор выходит из насыщения. Линейная эквивалентная схема рис.2.7а остаётся справедливой и базовый ток убывает по той же экспоненте. Однако, в активном режиме коллекторный ток  убывает с уменьшением базового тока (сплошная линия на рис.2.10б). Асимптотическое значение коллекторного тока по-прежнему определяется  отрицательным током . Коллекторное напряжение при этом увеличивается    ,  стремясь к асимптоте  , превышающей уровень .    Этап выключения,   заканчивается в точке  обращением коллекторного тока в ноль и переходом транзистора в отсечку. Длительность выключения

                    (2.26)

также сокращается за счёт тока .

В режиме отсечки линейная схема рис.2.9б не применима,  токи  и  обращаются в ноль (рис.2.10а,б), а коллекторное напряжение . Характерные изломы диаграмм рис.2.10 в точках  и , как отмечалось, свидетельствуют о нелинейных событиях процесса переключения.

В режиме отсечки источник  способствует улучшению помехоустойчивости. Применяя к базовой цепи рис.2.9а  теорему об эквивалентном генераторе  при  получим

,                           (2.27)