Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 17

Как было показано, исключение перехода транзистора в режим насыщения исключает появление этапа задержки при переключении и этим повышает быстородействие импульсной схемы. В современных микроэлектронных схемах для этого широко используется включение диода  между базой и коллектором транзистора (рис.2.20).

Рис.2.20

В этой схеме при  транзистор находится в режиме отсечки. Напряжение на коллекторе приложено к катоду диода и запирает его. При подаче открывающего воздействия   ток генератора  целиком протекает в базу транзистора (рис.2.21а). Коллекторный ток возрастает с постоянной времени  и асимптотическим уровнем  (рис.2.21б).

Рис.2.21

Напряжение на коллекторе при этом уменьшается как . При этом уменьшается запирающее напряжение на диоде  и при   диод открывается.Это напряжение   близко к напряжению коллектора насыщения, , но несколько превосходит его. Поэтому диод открывается, когда транзистор ещё находится в активном режиме. После открытия диода на переходе коллектор-база транзистора фиксируется напряжение   запирающей полярности, чем исключается насыщение транзистора, предполагающее открытие коллекторно-базового перехода.

При открытии диода в него ответвляется часть тока генератора , увеличивая коллекторный и уменьшая базовый ток.   При открытом диоде                                              .

Поскольку транзистор находится в активном режиме, то  . Учитывая, что  , можно определить:

.                    (2.44)

Это показывает, что при открытии диода базовый ток существенно уменьшается, сохраняя активный режим транзистора (рис.2.21а). Использование в схеме рис.2.20 быстродействующих  диодов   позволяет считать это переключение скачкообразным.  Таким образом, при открытии диода коэффициент передачи схемы по току  , который при закрытом диоде был равен коэффициенту усиления транзистора по току , при открытии диода уменьшается согласно (2.44) до величины  . Это соответствует действию отрицательной обратной связи: в схеме рис.2.20  некоторое увеличение базового тока вызывает увеличение коллекторного, что в условиях заданной величины  компенсирует это увеличение увеличением тока диода. Пользуясь формулами (2.34) для системы с обратной связью рис.2.15, запишем

,     , откуда следует, что в схеме  рис.2.20  глубина обратной связи . В связи с исполоьзованием диода, эту схему называют также схемой с нелинейной обратной связью.

Заметим, что действие обратной связи в схеме  рис.2.20 иногда трактуют, как переключение транзистора в режим с общей базой [ ].

Ключи с нелинейной обратной связью широко используются в современных микроэлекторнных ключах с применением металло-полупроводниковых (Al-Si) переходов и поэтому называются схемами с диодами Шоттки, технология изготовления которых проста. Основное достоинство таких схем, как было показано, состоят в принципиальном отсутствии этапа задержки выключения. Для укорочения этапа закрытия транзистора возможно также применение дополнительных диффузионных диодов ( на рис.2.20 ), с достаточно большой , встраиваемых в цепь базы транзистора, которые на стадии выключения играют роль источника, рассасывающего заряд базы транзистора. На длительность стадии включения при большой величине          такие диоды не влияют.     

            2.2.8.. Расход энергии и мощности в ключевых каскадах импульсных устройств

Мощность источников питания, расходуемая в импульсных схемах, определяет энергопотребление проектируемого устройства и, кроме того, ограничивает возможную плотность компоновки элементов как гибридных, так и интегральных устройств по условиям температурного перегрева. Ключевые схемы, как отмечалось, обычно составляют ветвящиеся цепочки последовательно соединённых ключей. Рассмотрим расход мощности в двух соседних ключах (рис.2.22).

Рис.2.22