Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 13

что увеличивает допустимиую величину открывающей помехи  по сравнению с (2.3).

2.2.3.  Анализ возможностей управления длительностью этапов переключения диффузионного транзистора

Проведенный  анализ позволяет сформулировать общие положения в отношении ускорения процессов переключения транзисторного ключа.

Для сокращения длительности этапа включения следует увеличивать открывающий ток .  После перехода транзистора в режим насыщения () этот ток может быть уменьшен до уровня , сохраняющего степень насыщения на уровне . Такое управление открывающим током обеспечивает  исключение этапа задержки при выключении транзистора.

На этапе выключения использование выключающего тока   обеспечивает сокращение этапа выключения. Необходимая длительность действия этого тока определяется переходом  транзистора в отсечку.

Перечисленные требования удовлетворяются при обобщённой форме базового тока (рис.2.11). Здесь величина  определяется током , который после перехода в насыщение уменьшается до .

Рис. 2.11

После  возможно переключение транзистора в состояние отсечки. Однако, в практических условиях нахождение транзистора в насыщении должно быть достаточно длительным, чтобы этот факт был зафиксирован в схемах-нагрузках, присоединённых к выходу ключа рис.2.2, например, в простейшем случае, чтобы эти схемы успели перейти в отсечку. Для этого длительность открывающего импульса   должна превышать несколько единиц от времени включения .

Длительность этапа выключения  определяется величиной выключающего тока . В большинстве применений оптимальным условием  считается близость  длительности переходных процессов  (на цифровом языке – переходов  и ).

После перехода в отсечку также требуется интервал для переключения схем -       нагрузок. Снова используя величину , оценим  минимальный период (максимальную частоту) переключения  (рис.2.11):

 .                                        (2.28)

Схема с ускоряющим конденсатором

Изложенные принципы переключения имитируются в транзисторном ключе рис.2.12. В схеме используется генератор прямоугольного импульса . Полагая для простоты , определим, что ток генератора (рис.2.13а) при включении импульса равен   и  убывает по мере заряда конденсатора к асимптоте , которую в соответствии с рис.2.11 следует выбрать близкой к току базы насыщения . Постоянная времени заряда по теореме об эквивалентном генераторе равна .

Коллекторный ток нарастает с постоянной времени , стремясь к асимптотичесому уровню . Однако, в отличие от рис.2.8, ток   убывает на этапе включения . Избежим поиска решения дифференциального уравнения второго порядка, предположив достаточно большим соотношение постоянных времени  и , как показано на рис.2.13б. Тогда коллекторный  ток на этапе включения можно представить экспонентой с асимптотой   и для  использовать формулу (2.24).

                                    (2.29)

Погрешность вычисления согласно рис.2.13  оценивается  величиной отношения .

Рис. 2.12

В режиме насыщения кажущийся коллекторный ток (рис.2.13б) переходит от нарастания к спаду вследствие уменьшения токов генератора и базы.. Интервал достижения кажущимся током величины  определяет необходимую длительность импульса генератора , при которой исключается этап задержки при переходе в отсечку. По диаграмме  определим:  .

Рис. 2.13

После выключения генератора  в базовой цепи схемы рис.2.12 протекает отрицательный ток, вызванный накопленным зарядом конденсатора (рис.2.13а)

 .                (2.30)

Уменьшение коллекторного тока  происходит по экспоненте с отрицательной асимптотой   и  время выключения, как в (2.27) равно

                    (2.31)

Таким образом, схема рис.2.12 реализует все высказанные идеи сокращения интервалов переключения транзисторного ключа и поэтому интересна в процессе обучения. Тем не менее, использование конденсатора, как элемента, занимающего значительный объём конструкции,   в микроэлектронных цифровых схемах, содержащих большое количество ключевых элементов, обычно не желательно. Возможные более эффективные решения будут рассматриваться позже.