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)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.