Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 9

Рис. 2.4

Напомним, что суперпозиция вычисляется как сумма воздействий каждого из генераторов при исключении действия остальных. Исключение действия генератора напряжения состоит в замене его коротким замыканием, а исключение действия генератора тока достигается заменой его разрывом цепи. Для рис.2.4а, заменяя генератор тока  разрывом цепи, определяем, что ток от генератора  не протекает, следовательно, падение напряжения на резисторе  равно нулю и первая составляющая напряжения на базе  .  На втором шаге заменяем  коротким замыканием и определяем падение напряжения  на резисторе   при протекании обратного тока коллектора  как .   Результирующее напряжение на базе:

.                                                    

В соответствии с рассмотренными свойствами базо-эмиттерного перехода  считаем его закрытым (ключ  на рис.2.4а разомкнут),  если напряжение  меньше напряжения   для используемого типа и режима транзистора:

 .                                  (2.3)

Предполагается, что в режиме отсечки на вход не подаётся открывающего напряжения: . Практически  может иметь небольшую величину, соответствующую остаточному напряжению реальной схемы генератора , что может быть учтено с помощью (2.3) или не рассматриваться.

При закрытом транзисторе () в коллекторной цепи протекает только обратный ток  , как показано на эквивалентной  схеме рис.2.4б. При этом выходное напряжение схемы рис.2.2 :

 .                                    (2.4)

Отметим также, что использование модели генератора тока безразлично к присоединению его второго вывода (штриховые линии  в схемах рис 2.4а,б).  Это позволяет рассматривать схемы раздельно и в этом и во многих других случаях упростить задачу. 

Величина разности напряжений    в  (2.3)  определяет напряжение помехи открывающей полярности, выводящей транзистор на границу отсечки. При большей амплитуде помехи напряжение  уменьшается по сравнению с (2.4). Помехоустойчивость транзисторного ключа в состоянии отсечки определяется максимальным напряжнием помехи при которой это снижение может считаться допустимым в конкретной задаче.. 

Согласно (2.3) обратный ток коллектора  является причиной снижения помехоустойчивости, и действие этой причины возрастает с увеличением сопротивления  в базовой цепи электронного ключа. Напомним, что величина обратного тока коллектора возрастает примерно в 2 раза при увеличении температуры на 10 градусов, что может приводить, особенно для германиевых транзисторов, к нарушению условий (2.3) нахождения транзистора в режиме отсечки. Одной из задач разработчика является поиск компромисса  между  параметрами схемы , ,   и допустимым напряжением помехи.

2.1.3.  Условия нахождения транзистора в  состоянии насыщения

Вторым граничным состоянием  в схеме электронного ключа рис.2.2 является  замкнутое состояние (режим насыщения транзистора). Для достижения этого режима требуется открытие транзистора, т.е. переход его в активное состояние,   и  увеличение  коллекторного тока до максимально возможного значения.  На рис.2.5 показаны коллекторные характеристики транзистора в схеме рис.2.2. В активном режиме транзистора протекает коллекторный ток,  пропорциональный току базы:

,                                                  (2.5)

где  -  параметр усиления по току в схеме с общим эмиттером.

При увеличении базового тока рабочая точка на рис.2.5 перемещается влево вдоль линии нагрузки  при этом  напряжение на коллекторе  уменьшается:

.                                      (2.6)

Уменьшение  до нуля при  напряжении на базе открытого транзистора  приведёт к открытию коллекторно-базового перехода и прекращению его действия как усилителя базового тока .  При этом диаграмма коллекторного тока на рис.2.5 превращается в линейную зависимость , (линию критического режима).

Рис. 2.5

Состояние транзистора при этом называется состоянием насыщения. Напряжение на базе оценивается с приближением, поэтому  переход в насыщение (точка «НАС» на характеристиках) происходит уже при положительном напряжении на коллекторе  , величина  которого близка к 50 мВ для германиевых и 150 мВ для кремниевых транзисторов: .