Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 15

.    (2.37)

Таким образом,  схема ключа рис.2.14 при  учёте действия коллекторно-базовой ёмкости по–прежнему описывается  дифференциальным уравнением первого порядка с передаточной функцией (2.37) и экспоненциальной переходной характеристикой, а действие отрицательной обратной связи проявляется в увеличении постоянной времени от величины  до . Соответственно ухудшаются показатели быстродействия при переходе ключа из отсечки в насыщение или наоборот. Влияние дополнительного слагаемого в  может быть значительным даже при малой величине ёмкости  вследствие множителя .  Уменьшения действия обратной связи можно достичь уменьшением сопротивления резистора  (уменьшением коэффициента усиления транзистора в активном режиме).

В то же время возможно  и используется  целенаправленное   увеличение ёмкости между выходом и входом транзисторного усилителя. Тогда передаточная функция  (2.37) приближённо равна     ,   т.е. схема рис.2.14 выполняет функцию интегратора. 

2.2.5.  Переходный процесс, определяемый действием монтажной ёмкости

Дополнительным фактором,  влияющим на вид переходного процесса транзисторного ключа, является присутствие в схеме монтажной («паразитной») ёмкости, неизбежное при любом уровне технологии. Для определения влияния такой ёмкости рассмотрим схему ключа на рис.2.16а, где переходная характеристика транзистора определяется временной зависимостью коллекторного тока

.                               (2.38)

Рис. 2.16

На эквивалентной схеме рис.2.16б показано, что этот ток протекает не только через резистор , но и через ёмкость , что изменяет вид зависимости . Определим суммарную переходную характеристику  ключа рис.2.16, как временную зависимость  тока через резистор  при ступенчатом единичном воздействии на входе схемы. Решая задачу в частотной области, составим эквивалентную схему рис.2.16в  для изображений  по Лапласу переходной характеристики  и токов через резистор и ёмкость, создаваемых коллекторным током транзистора. Заметим, что схема рис.2.16в  представляет составляющую суперпозиции в схеме рис.2.16б  при , т.е. составлена для переменной составляющей тока.  Определим  изображение переходной характеристики (2.38) транзистора по коллекторному току  , тогда  ток  согласно  рис.2.16в  равен:

,        (2.39)

где .  Для нормированной переходной характеристики  по теореме обращения (1.17) находим вычеты: ,  ,  и определяем   переходную характеристику схемы рис.2.16 с учётом действия монтажной ёмкости:

.           (2.40)           

Предположим использование достаточно хорошей технологии, чтобы монтажные свойства  мало ухудшали свойства транзисторов, например,  . 

Рис. 2.17

Переходная характеристика в этих условиях показана на рис.2.17.    Согласно (2.40) она определяется суммой нарастающей () и спадающей () экспонент, в результате чего приобретает временное запаздывание (сплошная линия на рис.2.17)  относительно переходной характеристики схемы без монтажной ёмкости (кружки на рис.2.17), близкое к величине .   В то же время скорость нарастания, определяемая   постоянной времени , на большей части экспоненты от действия монтажной ёмкости практически не зависит. Этот вывод в отношении действия относительно большой и малой инерционностей на характер переходного процесса  имеет достаточно общий характер и будет обсуждаться   применительно к цепочке последовательно соединённых ключей.

Поскольку схема ключа работает в нелинейном режиме, то нарастание переходной характеристики прекращается (как на рис.2.10б) при достижении нормированной величины тока насыщения  (точка  на рис.2.17). Запаздывание момента перехода транзистора в насыщение относительно схемы без монтажной ёмкости примерно равно постоянной  времени монтажной ёмкости: .

2.2.6. Переходный процесс в цепочке ключевых каскадов