Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В
Общая продолжительность выключения транзистора tвыкл tз.выкл tф.выкл ,где задержка выключения обусловлена тем, что заряд скопившийся в базе, не может мгновенно измениться. Продолжительность выхода из насыщения tз.выкл - время tр расса-
сывания заряда – интервал, в течении которого кажущийся ток снижается до коллекторного тока насыщения. С уменьшением степени насыщения S уменьшается концентрация носителей в базе и сокращается время tр их рассасывания.
Фронт выключения начинается с момента выхода транзистора из насыщения в активный режим.
Анализируя процессы включения и выключения транзистора получаем, что с увеличением базового тока включения уменьшается время включения, но за счет повышения степени насыщения возрастет время выключения за счет задержки.
Время задержки выключения уменьшается при использовании в технологии полупроводников эффекта Шоттки. Транзистор Шоттки в глубокое насыщение не попадет. В ненасыщенном элементе избыточный входной ток стекает мимо базы через диод VD (рис. 3.9) далее через коллектор транзистора на землю.
Рис. 3.9
Диод откроется падением напряжения на R2 по достижении порогового тока.
Эффект Шоттки уменьшает пороговое напряжение диода до 0,2 – 0,3 В. Для транзистора Шоттки (ТШ) минимальное напряжение UКБ удерживается на уровне 0,2 В, в следствии чего время задержки выключения ТШ сведено к нулю.
Конструктивно транзистор Шоттки представлен на рис. 3.10, где ДШ – диод Шоттки.
41
Рис. 3.10
На рис. 3.11 приведено условное графическое изображение транзистора Шоттки.
Рис. 3.11
3.3.3. Разновидности транзисторных ключей
Ключи на биполярных транзисторах
В ключевом каскаде транзистор обычно включается по схеме с общим эмиттером.
а) Простейший ключ:
Ключевой каскад (рис. 3.8) может находиться в одном из двух стационарных состояниях: во включенном (транзистор насыщен) и в выключенном (транзистор заперт). Режим насыщения возникает при положительном управляющем напряжении Uупр , если создаваемый им базовый ток Iб удовлетворяет условию
42
Iб 
Iк.нас , где β - коэффициент усиления базового тока, Iк.нас - ток насыщения коллектора.
При насыщении транзистора I |
|
I |
|
Ек |
, |
к |
к.нас |
|
|||
|
|
Rк |
|||
|
|
|
|
||
U к.нас Ек Iк.нас Rк 0 |
|
|
|
|
|
Режим отсечки возникает при отрицательном управляющем напряжении, если оно обеспечивает запирание эмиттерного пере-
хода (U БЭ |
0 ). В режиме отсечки Iк Iк |
0 |
|
|
0 |
Uк Eк |
Iк0 Rк Ек , где I к0 - обратный ток коллекторного пе- |
|
рехода. |
|
|
Для переключения ключа требуются двуполярные импуль-
сы.
б) ключ с внешним смещением
Рис. 3.12
В исходном состоянии такой ключ заперт источником смещения ЕБ, а в отпертом состоянии переключается положительным управляющим импульсом.
в) ключ с ускоряющим конденсатором
43
Рис. 3.13
Напряжение на зарядившемся конденсаторе (рис. 3.13) ускоряет выключение транзистора, то есть в каскаде крутой фронт включения транзистора сочетается с уменьшением длительности фронта и задержки выключения.
г) ненасыщенный ключ.
Задержку выключения можно устранить полностью, если избежать насыщения транзистора. Для этого коллектор транзистора n-p-n – типа должен всегда иметь положительный потенциал относительно базы. Данное условие выполняется в схемах (рис. 3.9) в которых насыщение исключается благодаря наличию цепи отрицательной обратной связи. Нелинейная отрицательная обратная связь реализуется с помощью диодов. В настоящее время наиболее применим диод Шоттки (см. рис. 3.10), представляющий собой алюминий – кремниевый диод с малым падением напряжения в отпертом состоянии (менее 0,5 В), в котором практически отсутствует накопление зарядов, благодаря чему время его переключения составляет доли наносекунды.
Ключи на полевых транзисторах
Наиболее часто такие ключи реализуются на полевых транзисторах типа МДП (МОП).
От биполярных, МДП-транзисторы отличаются большим входным сопротивлением по постоянному току и меньшей площадью, занимаемой на подложке при интегральном исполнении.
а) Простейший ключ
44
Рис. 3.14
На рисунке представлены схемы ключевых каскадов параллельного (а) и последовательного (б) типа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом р-типа.
Управляющим напряжением Uупр транзистор устанавливается в открытое или запертое состояние, коммутируя участки схемы.
б) Интегральный ключ В интегральных микросхемах ключей роль нагрузки выпол-
няют МДП-транзисторы. Это позволяет уменьшить площадь, занимаемую ключом, обеспечивает технологичность микросхемы и улучшает ее параметры.
Структура такого ключа изображается на рис. 3.15
45