Переключения транзисторов

Процесс переключения транзистора обладает инерционностью, связанной с конечными скоростями накопления избыточных носителей заряда в базе при включении и рассасывания их при выключении.

мя, превышающее лишь время переключения транзистора V8, он останется открытым и далее. Когда ток заряда конденсатора станет меньше тормозного тока, транзисторы V8 и V9 закрываются. С этого момента времени конденсатор заряжается через резисторы RIO — R11, диод V6 и переход эмиттер — база транзистора V12, удерживая тем самым V12 в открытом состоянии. В следующий полупериод снова открывается транзистор V8 и цикл повторяется.

вых устройствах, то коллекторную область целесообразно дополнительно легировать атомами золота. Это позволяет резко сократить время жизни неосновных носителей заряда, а тем самым и время переключения транзистора.

Для повышения быстродействия между базой и коллектором VT2 включают диод Шотки. Как известно, максимальная частота переключения транзистора ограничивается в основном временем рассасывания накопленных зарядов. Для повышения максимальной частоты переключения необходимо предотвратить насыщение транзистора и этим исключить накопление заряда. Включение диода Шотки параллельно переходу «база — коллектор» транзистора приводит к возникновению ООС по напряжению и препятствует снижению напряжения между коллектором и эмиттером ниже 0,3 В.

2.4. Эпюры токов и напряжения в процессе переключения транзистора

В случае выполнения условия (6.2) любое случайное отклонение тока приводит к его дальнейшему скачкообразному изменению. Процесс переключения транзистора длится до тех пор, пока коэффициент усиления в цепи обратной связи не перестанет быть большим единицы. Потеря усилительных свойств произойдет либо при насыщении одного из транзисторов — в рассматриваемом случае транзистора Tj, либо при запирании другого транзистора, например Т2. Для окончания процесса переключения достаточно того, чтобы усилительные свойства потерял хотя бы один из транзисторов. Однако для улучшения повторяемости параметров каскадов при проектировании триггеров, как и при проектировании транзисторных ключей, стараются обеспечить такой режим работы, при котором после завершения переключения один из транзисторов насыщен, а другой находится в режиме отсечки. В этом случае уровни выходного сигнала триггера мало зависят от параметров транзисторов и не изменяются при разбросе этих параметров.

транзистора Т, поступает на базу транзистора. Указанный импульс отпирает транзистор и переводит его в активный режим, создавая приращение отпирающего тока базы Дг'о. Благодаря усилительным свойствам транзистора, работающего в активном режиме, приращение базового тока приводит к приращению коллекторного тока At'H = ВЫ^. Появление тока коллекторной обмотки вследствие трансформаторной связи коллекторной и базовой цепей вызывает приращение базового тока At'6* = At „М- Процесс переключения транзистора развивается лавинообразно, если выполняется условие At*c > Аг'б или At*e/At6> > 1.

Выведем условие лавинного переключения транзистора в блокинг-генераторе. Пренебрегая паразитными параметрами импульсного трансформатора, заменим его индуктивным элементом намагничивания LM. Ток намагничивания / в этом элементе при переключении практически не изменяется, оставаясь равным нулю. Выходную цепь «коллектор — эмиттер» транзистора Т, находящегося в активном режиме, можно заменить генератором тока AiK- Нагрузкой базовой обмотки трансформатора Тр является суммарное сопротивление, состоящее из сопротивления гвха транзистора Т и сопротивления Re- При пересчете суммарного сопротивления гвх а -f R6 в цепь коллекторной обмотки получаем RQ = (R6 + гвх а)/п2 к Яб/"2*

Биполярный транзистор в цифровых интегральнных микросхемах обычно выполняет функцию ключа и все время работает либо в режиме насыщения, либо в режиме отсечки. В режиме насыщения происходит накопление неосновных носителей заряда в базе транзистора, а также в коллекторной области (см. § 4.15). Процессы накопления неосновных носителей и их последующего рассасывания при переводе транзистора в режим отсечки или в выключенное состояние связаны с относительно медленным процессом диффузии неосновных носителей заряда. Инерционность этих процессов определяет скорость переключения транзистора из включенного состояния в выключенное и обратно, т. е. скорость срабатывания схемы.

Таким образом, меняя полярность входного напряжения или тока, можно переключать транзистор из открытого состояния (/к велик) в закрытое (/к -> 0), используя схему транзисторного ключа в качестве бесконтактного прерывателя тока в цепи нагрузки. Для переключения транзистора обычно используют ступенчато изменяющееся напряжение или ток, так что время изменения их полярности может быть много меньше времени

Рассмотрим статические и динамические (во время переходного процесса переключения транзистора) положения рабочей точки в ключевом режиме. Разомкнутому состоянию ключа соответствует точка В на характеристиках: че-

11.22,6) и триггер перебрасывается в состояние «О». Для ускорения процесса переключения транзисторов, как и в транзисторных ключах, используют, например, форсирующие конденсаторы Ci и С2 ( 11.23).

В момент переключения транзисторов действует положительная обратная связь (резистор R3). Отпирание транзистора VT2 приводит к уменьшению напряжения на его коллекторе, следовательно, уменьшается ток через резистор R3 и ток в цепи базы транзистора VT1. Этот процесс ускоряет запирание транзистора 1/77, что в свою очередь ускоряет отпирание транзистора VT2, т. е. наступает лавинообразный процесс, приводящий к практически мгновенному насыщению транзистора VT2. Положительная обратная связь обеспечивает релейный эффект. При уменьшении или исчезновении входного тока (сигнала) транзисторы усилителя переключаются в исходное состояние.

Задачей расчета является выбор элементов схемы с учетом разброса их параметров и изменения температуры окружающей среды. При расчете не будем учитывать время переключения транзисторов, т.е. ограничимся только статическим расчетом, так как скорость переключения транзисторов значительно превышает скорость изменения входного сигнала.

Повысить быстродействие ТТЛ-схем можно, применив в схеме базового элемента (см. 5.18) вместо обычных транзисторов транзисторы Шотки (см. 5.6), работающие в активном режиме. Тем самым сокращается время переключения транзисторов схемы за счет исключения времени рассасывания носителей заряда в базе транзистора при их запирании. Логические ИМС, выполненные на базе транзисторов Шотки, называются микросхемами ТТЛШ.

Емкости С1 и С1 предназначены для увеличения скорости переключения транзисторов и уменьшения длительности фронта импульсов, а их величина определяется из выражения

параметры элементов. Причем существуют параметры, которые не учитываются и в дальнейшем при более подробных расчетах из-за их малости по сравнению с остальными параметрами той же схемы (например, междувитковые емкости обмоток трансформаторов, индуктивности резисторов и конденсаторов, времена переключения транзисторов).

ле их выключения и включения транзисторов Т2 и ТЗ к концу фазы АХ подают положительный потенциал, а к началу — отрицательный. Таким образом, на фазу АХ подается переменное напряжение и прямоугольной формы. Частота питающего напряжения /i определяется частотой переключения транзисторов. При активно-индуктивной нагрузке RH-LH, которую представляет фаза статора, ток i в ней отстает по фазе от напряжения. Для его замыкания в отрезки времени, когда напряжение изменяет свою полярность, служат обратные диоды Д1...Д4. Например, после закрытия транзисторов Т1 и Т4 ток в нагрузке в некоторое время проходит в прежнем направлении—от А к X, замыкаясь через диоды ДЗ, Д2 и через источник питания (во встречном направлении), пока не уменьшится до нуля.

9. Какое влияние оказывает тип фильтра на процесс переключения транзисторов преобразователя?

Емкость ускоряющих конденсаторов обычно невелика и выбирается из следующих соображений. Во время переключения конденсаторы Ci и С2 должны беспрепятственно передавать скачки напряжения с коллектора одного транзистора на базу другого. Фронт перепадов напряжения имеет конечную скорость нарастания, определяемую постоянной времени транзистора 6а или его граничной частотей /я, которые связаны соотношением 6а = 1/2л/„. В случае активного режима работы транзистора выходное сопротивление каскада равно RK, а входное сопротивление мало. Скачки напряжений и токов передаются по цепи, имеющей постоянную времени, близкую к CRK. Сделав эту постоянную времени большей ва, а именно CRK = (2 -f- 3)0,1, можно создать удовлетворительные условия для передачи скачков напряжения даже при конечной скорости их нарастания. Дальнейшее увеличение постоянной времени С7?„ за счет увеличения С фактически не влияет на передачу скачков напряжения, но вызывает ряд нежелательных последствий. После переключения транзисторов один из конденсаторов должен зарядиться через RK от источника питания — Е, что увеличивает длительность фронта импульса на коллекторе закрытого транзистора, второй — разрядиться. Эти процессы ухудшают быстродействие триггера, т. е. в конечном итоге вызывают эффект, обратный тому, который ожидался при введении С\ и С2. Поэтому в большинстве случаев, исключая такие, как, например, случаи счетного запуска по базам транзисторов, емкости конденсаторов С<

Конденсаторы Cj и C2 влияют на процесс переключения транзисторов триггера при запуске.

тически всем напряжением источника питания Е. Запускающий импульс положительной полярности через емкость Сзап поступает на аноды диодов. Амплитуда этого импульса меньше напряжения источника питания Е. Поэтому указанный импульс не может открыть диод Д2, а отпирает только диод Д( и через него поступает на коллектор транзистора 7\. Далее этот импульс через ускоряющий конденсатор С2 передается на базу транзистора Т2, выводит его из режима насыщения и создает условия для лавинного переключения транзисторов