Текст
Казанский государственный университет
Кафедра радиофизики
ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ
Лабораторная работа
ВВЕДЕНИЕ
Ключевой схемой или ключом называется устройство, которое
может находиться только в двух состояниях - замкнутом или раз-
омкнутом. Под воздействием управляющих сигналов ключевая схема
переходит из одного состояния в другое скачком,осуществляя ком-
мутацию соответствующих цепей.
Идеализированная ключевая схема и график,поясняющий ее ра-
боту, показаны на рио. I.
о -
Рис. I.
При замкнутом ключе А’ в состоянии "включено" через ре-
зистор £ течет ток и выходное напряжение равно нулю. При
разомкнутом ключе в состоянии "выключено" цепь тока разорвана
и напряжение на выходе максимально.
Транзисторный ключ по своим свойствам близок к идеальному
ключу. Достоинством транзисторного ключа являются достаточно
- 3 -
высокое быстродействие (частота переключений),малое сопротив -
ление в состоянии "включено" и значительное сопротивление в
состоянии "выключено".
Транзисторные ключи широко используются в импульсной и
особенно в цифровой технике в качестве инверторов, а также как
составные элементы ряда более слоиных импульсных устройств
(триггеров, мультивибраторов и др.).
I. Ключевой режим транзистора
Схема простейшего транзисторного ключа приведена на рис.2.
Схема подобна резисторному усилителю с общим эмиттером (0Э),но
Рис.2
Рис.З.
отличается от него режимом работы. В усилителе рабочая точ-
ка перемещается, как правило, в пределах области активного ре-
жима нагрузочной характеристики (рис.З). В ключевой схеме ра -
бочая точка может находиться только в двух положениях,соответ-
ствующих двум стационарным состояниям ключа: либо в области
отсечки (точка А), при етом транзистор заперт (режим отсечки),
либо в области насыщения (точка Б), где транзистор проводит
ток (режим насыщения).
I. Режим отсечки
В исходном состоянии (в отсутствии сигнала на входе)тран-
зистор закрыт. Надежное состояние "выключено" обеспечивается
путем подачи положительного потенциала на базу транзистора
(УГ>0) от источника напряжения через резистор Яр .
При этом через транзистор протекает минимальный тепловой ток
коллектора . Сопротивление транзистора максимально. Ра -
бочая точка транзистора находится на нагрузочной прямой в об-
ласти выходных характеристик, соответствующей режиму отсечки
(рис.З). Необходимо отметить, что при ток кол-
лектора равен (рис.З) и заметно превышает тепловой ток
коллектора Зло . Поэтому в транзисторных ключах обычно обес-
печивают режим глубокой.отсечки (точка А на рис.З).Условие глу-
бокой отсечки
(D
где V^q .называемое пороговым напряжением или напряжением за-
пирания, представляет собой то наименьшее положительное напря-
жение, при котором обращается в нуль управляемый ток коллекто-
ра и, следовательно, * .
В области глубокой отсечки ток базы Jia примерно равен
току , но в отличие от него отрицателен ( «?2Г»-Л» )
так как. он "втекает" в базу,а ток Cf/to "вытекает" из коллек -
тора. Напряжение на коллекторе (на выходе) 2Z* примерно рав-
но -Ек .
2. Режим насыщения
Подадим на вход ключа отпирающее напряжение отрицательной
полярности . И пусть это напряжение медленно увеличивает-
ся по модулю,т.е. будем рассматривать квазистатический режим
- 5 -
.работы клича, когда можно пренебречь его инерционными свойства-
ми.
Под воздействием входного напряжения эмиттерный переход
транзистора смещается в прямом направлении. В электродах тряя-
зиотора возникают прямые токи. При этом рабочая точка смещаем-
ся вверх по нагрузочной прямой (рио.З). Пока рабочая точка пе-
ремещается в активной области входных характеристик увеличение
отпирающего входного напряжения сопровождается увеличением то-
ка'базы и соответствующим ростам коллекторного тока.В это вре-
мя входной (базовый) и выходной (коллекторный) токи ключа свя-
заны между собой линейно:
ЛМ», <2’
где - коэффициент передачи базового тока в усилителе с об-
щим эмиттером (ОЭ) в режиме большого сигнала.
По мере роста коллекторного тока увеличивается падение на-
пряжения на резисторе Як . анодное же (коллекторное)напря-
жение, равное Ur* -£# + > уменьшается по модулю.Такое
положение сохраняется до тех пор, пока рабочая точка транэис -
тора не попадет в точку Б на нагрузочной прямой (рис.З). При
этом коллекторный ток достигает значения tTx* , практически
равного £*/йк , и почти все напряжение источника £* па-
дает на резисторе . Напряжение на коллекторе транзистора
Z/х* близко к нулю. Транзистор входит в режим насыщения.Зна-
чение тока базы, при котором рабочая точка транзистора дости -
гает области насыщения (точка Б), называется током баэы cXfr
на границе насыщения (рио.З). Дальнейшее увеличение входного
отпирапцего напряжения и соответствующий рост базового тока
OjT = (рис.З) не вызывает увеличения коллекторного тока
транзистора, так как последний не может стать больше, чем
аг Режим насыщения транзистора соответствует
включенному состоянию ключа, когда сопротивление его минималь-
но и через него протекает максимальный ток.
Итак, для перехода ключа в режим насыщения необходимо,что-
бы прямой ток базы ( ).возникающий при воздействии отрица-
тельного входного напряжения ( ) и равный (рис.2)
- 6 -
был больше (или равнялся) УЯм
О)
В режиме насыщения коллекторный переход так же,как и эмиттер -
ннй,оказывается смещенным в прямом направлении.Эмиттерный пе -
реход смешен в прямом направлении непосредственно входным на-
пряжением £/ , а на Коллекторном переходе прямое напряхе -
ние получается за счет большого тока коллектора, уменьшающего
напряжение на коллекторе до величины /Z6w/ </1/&*/ , где
ZtttN * Ухи fix • Практически напряжение на коллекторе
насыщенного транзистора Wx* А ,а на базе
для германиевых транзисторов и 1/-для кремниевых .
Поэтому, на базе относительно коллектора получается отрицатель-
ный потенциал. В результате наряду с инжекцией дырок иэ эмит -
тера в базу происходит их инжекция из коллектора в базу. Имен-
но благодаря тому,что оба перехода транзистора смещены в пря-
мом направлении, сопротивление насыщенного транзистора близко
к нулю и при инженерных расчетах транзистор можно заменить эк-
випотенциальной точкой (рис.4).
Прежде чем приступить
Таким образом,основными режи -
мами работы транзистора в схе-
ме ключа янтттпя;ражрм отсеч-
ки (выключенное состояние) и
режим Насыщения (щццичешюе со-
стояние). Время" пребывания
транзистора в активном режиме
соответствует переходу ключа
иэ одного состояния в другое.
Для повышения быстродействия
это время необходимо уменьшать,
к изучению переходных процессов в
ключе, определяющих скорость переключений при быстрих измене -
ниях входного управляющего сигнала,необходимо еще раз остано -
- 7 -
виться на рассмотрении ключевого режима транзистора с позиций
изменения заряда неосновных носителей в его базе.
3. Заряд в базе транзистора
Зарядом неосновных носителей в базе называется совокупный
заряд этих носителей, присутствующих в облаоти базы транзисто-
ра в данный момент времени. В соответствии с принципом элект-
рической нейтральности базы заряд носителей одного знака дол -
жен быть всегда скомпенсирован зарядом противоположного знака.
В исходном состоянии ключа, когда транзистор работает в
режиме отоечйя в оба его перехода смещены в обратном направле-
нии, полупроводник находится в состоянии термодинамического
равновесия. В облаоти базы присутствует некоторое небольшое ко-
личество неосновных носителей. Таким образом,в режиме отсечки
в облаоти базы транзистора имеется небольшой заряд неосновных
носителей, называемый равновесным. Ввиду малости равновесного
заряда при дальнейшем рассмотрении мы будем им пренебрегать ,
считая заряд в базе закрытого транзистора равным нулю. Кроме
того, ниже мы будем говорить только о заряде неосновных носи -
телей, не забывая однако, что он всегда скомпенсирован равным
зарядом основных носителей. Иоследуем теперь работу ключа, по-
строенного на диффузионном транзисторе типа р-п-р (рис.2), у
которого основными носителями в базе являются электроны, а не-
основными - дырки. Пусть на вход ключа подано отпирающее напря-
жение отрицательной полярности, переводящее транзистор в ак
тивный режим. Тогда змиттерный переход транзистора смещается в
прямом направлении и начинается инжекция дырок из эмиттера в
базу. В результате в базе вблизи змиттерного перехода возника-
ет повышенная концентрация свободных носителей заряда, которые
диффундируют к коллекторному переходу. Так как все дырки, до-
стигшие закрытого коллекторного перехода, втягиваются в об-
ласть коллектора ускоряющим электрическим полем на переходе,то
концентрация носителей на границе коллекторного перехода равна
нулю. Если входное напряжение неизменно,то через электроды
транеиотора текут постоянные токи. При этом диффузия имеет по-
стоянный характер. И так как она представляет собой процесс вы-
равнивания концентраций носителей, то концентрация носителей
- 8 -
уменьшается от эмиттера к коллектору. Распределение концентра-
ций дырок при некотором постоянном значении З/д» и базового
тока показана на рис.5. Здесь по оси абсцисс отложено расстоя-
ние X в направлении от эмиттера к коллектору,а по оси ор-
динат - концентрация дырок Р . Произведение единичного заря-
да дырки на число дырок, присутствупцих в базе в пятпте момент,
представляет собой заряд неосновных носителей базы Q .Очевид-
но, величина заряда в данном случае будет определяться площадью
треугольника, заключенного между осями и линией I.Ветрудно ус-
тановить, что заряд базы связан с коллекторным током транэис -
тора выражением
, (4)
где Zjp - среднее время диффузии дырок через базу.
' Рис. 5.
Так как в активной области
мерно равны
Лг Уз »
Кроме того,учитывая, что в
кваэистатическом режиме ток
коллектора связан с током ба-
зы уравнением (2),можно вы-
разить заряд Q через ток
базы
(5)
Здесь «/в -время жизни
неосновных носителей базы.
Таким образом,состояние тран-
зистора,работающего в актив-
ной области,характеризуется
некоторой концентрацией
неосновных носи-
телей в базе и соответствую-
щим значением заряда,называ-
емого неравновесным.
токи эмиттера и коллектора прв-
(6)
то через любое поперечное сечение области базы в единицу вре -
мени проходит примерно равное количество дырок.При этом харак-
- 9 -
тер. изменения их концентрации, показанный на рис.5,модно объ-
яснить увеличением скорости диффузионного движения от эмитте-
ра к коллектору. (Здесь возможна аналогия с протеканием воды
через конусообразную воронку). Если теперь несколько увеличить
до модулю входное напряжение,то инжекция иэ эмиттера возраста-
ет в распределение концентрации дырок будет характеризоваться
прямой 2 (рио.5). То есть о увеличением отпирающего напряжения
и базового тока транзистора неравновесный заряд в его базе
возрастает (увеличивается площадь треугольника, образованного
осями координат и прямой 2). Такое положение имеет место, пока
транзистор работает в активном режиме, При достижении током ба-
ем значения У Ем в базе накапливается соответствующий гра-
нице насыщения заряд Qtp , называемый граничным (прямая 3
рио.5). Дальнейиее увеличение тока базы выводит транзистор в
область насыщения. При этом заряд в базе растет,а коллекторный
так не меняется. Увеличение вызывает рост инжекции иэ
вмгттера, но одновременно воэраотает встречная инжекция иэ кол-
лектора. Теперь уже концентрация носителей на границе коллек -
тарного перехода не равна нулю. Прямая изменения концентрации
носителей в базе поднимается параллельно самой оебя (прямая 4
рио.5) и в базе накапливается избыточный заряд ОилЕ > ОПР0 -
делящей площадью эамтрнхованного параллелограша. Важно отме-
тить, что накопление избыточного заряда начинается в то время,
когда транзистор переходит в режим насыщения,в не сопровожда-
ется ростом коллекторного тока. Чем больше ток базы транзисто-
ра по сравнению с CfSn на границе насыщения,тем больший избы-
точный заряд накапливается в его базе. Поэтому для характерис-
тики глубины насыщения транзистора вводится коэффициент наев -
щания
JT Q
Z —— Г )
Qifl
характеристикой насыщения является степень насыщения
= Q~ (8)
Qip Qtp
Ревность Q~ есть избыточный заряд,следовательно ,
- 10 -
степень насыщения характеризует относительную величину избЬточ-
ного заряда.
П. Переходные процессы в транзисторном кличе
Если ток базы транзистора изменяется скачком,то соответ-
ствующее изменение коллекторного тока и заряда в базе задерни -
веется на время переходных процессов. Переходные процессы обус-
ловлены инерционностью транзистора. Инерционные свойства тран-
зистора определяются инерционностью процесса диффузии неоснов -
вых носителей и влиянием барьерных емкостей р-п переходов (
и
I. Процесс включения
В походном состоянии на базе транзистора относительно эмит-
тера имеется некоторый положительный потенциал ( Z/fy ), со-
здаваемый источником .
Оба р-п перехода омещены в обратном направлении и барьер-
ные емкости заряжены до соответствующих напряжений на переходах.
Для простоты рассмотрим здесь поведение только емкости змиттер-
ного перехода С&9 .В исходном состоянии эта емкость заря-
жена в полярности, показанной на рис.2. И напряжение на ней рав-
но напряжению на эмиттерном переходе.
В момент (рис.6) на вход поступает отрицательный пе-
репад напряжения £/ , и появляется прямой ток базы «ХГ/=
Напряжение на емкости О* > а стало быть и на эмиттерном пе-
реходе не может измениться скачком. Прямое смешение перехода и
возникновение эмиттерного тока задерживается на время перезаря-
да барьерной емкости Cfe (интервал ,рис.6).Ток за-
ряда емкости замыкается в цепи: С&; 4; - &Лх (рис.2).
Увеличение коллекторного тока, сопровождающееся накоплением за-
ряда р базе, также происходит не мгновенно. Это связано с ийер-
ционностью диффузии, которая определяется временем жизни неос -
новных носителей базы Ъ , и инерционностью коллекторной цепи.
Последняя связана с влиянием барьерной емкости коллекторного пе-
рехода, так как изменение коллекторного тока приводит к измене-
нию напряжения на коллекторном переходе, т.е. к перезаряду барь-
ерной емкости . В результате при включении транзистора пу-
тем подачи в базовую цепь скачка тока базы заряд в базе увели -
- II -
чивается по экспоненциальному закону с постоянной времени
Глм/а T+jt С я 4я , стремясь к стационарному зна-
чению
Qе'г/г"')
(9)
В интервале рабочая точка находится в активной об-
ласти и ток коллектора нарастает по тому же закону,что заряд
в базе:
(I0)
Напряжение на коллекторе соответственно уменьшается и при
переходе к режиму насыщения достигает минимального возможного
значения При этом происходит формирование положи -
тельного фронта коллекторного напряжения . В момент
tj заряд Q достигает граничного уровня •
при котором начинается режим насыщения. При этом напряжение на
коллекторном переходе смещается в прямом направлении,ток кол-
лектора I* становится равным току насыщения
После момента времени в базе происходит нарастание
избыточного заряда , но оно не сопровождается увеличе-
нием тока коллектора, равного по-прежнему «Ziv . Накопление
избыточного заряда заканчивается к моменту времени .когда
он достигает своего стационарного значения QutS c*. •
Переходный процесс при включении транзисторного ключа со-
стоит, таким образом, из трех этапов:задержки.формирования по-
ложительного фронта коллекторного напряжения и накопления из-
быточного заряда.
Время включения определяется длительностью первых двух
этапов. Время задержки не превышает, как правило 0,1 мксек и
им обычно пренебрегают. (
Известно, что интервал времени At=t ,(рио.7),в течение
которого зкспоненциально-меняпцееся напряжение (ток или заряд)
достигает заданного уровня V' , равен: *
- 13 -
t' ёп.
(II)
где
Г= АС
(Формула (II) легко получается,
если уравнение Uc>
описывающее заряд конденсатора
С черев активное сопротивле-
ние А от источника постоян-
ного напряжения £ , решить
относительно t
Полагая теперь
получаем непосредственно из
графика заряда (рис.6),исполь-
зуя (9) и (II) и приняв
ОНМ* в(0)~0 и
<1г>
Из (12) видно, что для ускорения включения необходимо подавать
на ключ возмохно больший ток включения *20/ . Действительно,
если включение производится скачком базового тока с амплитудой
(кривая I рис.8), то коллекторный ток достигает макси-
мального значения черев время это
хе время заряд в базе транзистора достигает значения Qtfi .
Если не включение производится путем подачи в базовую цепь
скачка тока с амплитудой 3 > У8н , то длительность
фронта включения сокращается, так как заряд в базе и
соответствующий ему коллекторный ток стремятся с той хе посто-
янной времени достичь большего значения (см. формулы
(9) и (10)). Однако, заряд в базе при этом действительно дос -
тигает большего значения, равного Q " Qtp Qu»S ,а рост
коллекторного тока прекращается в момент достихения им иначе -
ния Cfx/f (кривая 2 рис.8). Понятно,что при увеличении 4
- 14 -
длительность фронта включения сокращается. Такны об разом, для
повышения быстродействия ключа включение необходимо произво -
дить сильным током базы %ZT> fy* • Однако при этом в базе
накапливается избыточный заряд. И чем больше амплитуда отпира-
ющего скачка базового тока, тем больше ЛвЛ* .
Рио. 8.,
2. Процесс выключения
Инерционность процесса выключения ключа обусловлена теми
же свойствами транзистора. С позиций заряда в базе насыщенный
транзистор можно рассматривать как заряженную емкость.При этом
время выключения определяется рассасыванием заряда,накопленно-
го в базе. Так как заряд дырок, накопленных в базе,равен соот-
ветствупцему заряду электронов,то исходя иэ принципа злектри -
ческой нейтральности базы,рассыоывание заряда в базе есть про-
цесс уменьшения концентрации электронов и дырок.
Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, управ-
- 15 -
лается базовым током. Базовой ток р-п-р транзистора образовав
электронами. Для того, чтобы выключить (разрядить) транзистор,
необходимо вывести заряд иэ его базы. Что касается электронов,
то он выводится череэ базовый электрод, а заряд дырок - через
коллекторный. Движение электронов из базы соответствует обрат-
ному направлению базового тока (техническое направление).Таким
образом, при выключении транзистора базовый ток его имеет об -
ратное направление - (рис.6),и замыкается в цепи кол-
лектора. Чем большим обратным током базы выключается транзио -
тор, тем быстрее протекает процесс рассасывания накопленного
заряда и тем выше быстродействие при выключении.
В связи с тем,что базовый ток имеет обратное направление,
то заряд в базе с постоянной времени отремится к соот -
ветотвупцему стационарному отрицательному значению
(рис.6). Но так как заряд дырок не может быть отрицательным,то
изменение заряда заканчивается в момент достижения им нулевого
вначения»
Так как к моменту выключения tg (рис.6) в базе транэис-
’ ра имелся избыточный заряд Qtttf ,то рассасывание его не
зопроводдаетоя уменьшением коллекторного тока. Пока имеется
QtfiS" .транзистор находится в насыщении, и его ток равен «Хм.
И только после рассасывания дальнейшее уменьшение за-
ряда в базе сопровождается уменьшением коллекторного тока. В
момент tg убывающий заряд достигает уровня и рабо-
чая точка на выходной характеристике транзистора переходит в
область активного режима.
Таким образом,^процесс формирования фронта выключения
задерживается на время рассасывания избыточного заряда
(ршо.6). Чем больше степень насыщения транзистора к моменту вы-
ключения, тем больше QetF и тем больше время рассасы-
вания избыточного заряда.
Используя, по-прежнему.уравнения (9) и (II) и полагая
Q'(O)*Qe», , Q'<vn И .получим для
временя рассасывания избыточного заряда
4 -= <13>
г Qy» + Qcm О Jit * «ХЬ
- 16 -
С возвращением рабочей точка в активную область вновь на -
чинает убывать ток коллектора, при этом происходит формжрова -
нив отрицательного фронта коллекторного напряжения - .
К моменту zS весь накопленный заряд оказывается выве-
денным из базы, начинается смещение эмиттерного перехода в об-
ратном направлении, обратный ток баны уменьшается до «536-Ле-
Ток коллектора практически до нуля (точнее LksЛ& ),напря -
хение на коллекторе ,
Длительность отрицательного фронта Z^, определяется вре-
менем экспоненциального убывания заряда Q от значения 4^»
до нуля и будет на основании (II), где теперь ,
^/Ъд/а-^и , равно
(14)
Переходный процесс при выключении ключа можно также раз-
делить на три этапа: рассасывание избыточного заряда, формиро-
вание отрицательного фронта выходного напряжения,смещение эмвт-
терного перехода в обратном направлении.
Время выключения ( ) складывается из времени расса -
сывания избыточного заряда и длительности отрицательного
фронта
Из всего рассмотренного выше следует,что повышения быстро-
действия ключа можно достичь, переключая его током базы,идеаль-
ная временная диагра1«а которого показана на рис.9.Включение в
момент производится сильным базовым током <2^ > .
Затем, в момент ток базы снижается до значения
При этом заряд в базе уменьшается до величины .Тем памп*
транзистор подготавливается к выключению (исключается время на
рассасывание избыточного заряда). Выключение в момент Zj осу-
ществляется путем подачи в базу большого тока обратного направ-
ления Si. ). ускоряющего процесс выключения.
Приводимые ниже варианты схем позволяют обеспечить форму
тока базы, близкую к идеальной при воздействии на вход напря-
жения прямоугольной формы.
- 17 -
Рис. 9.
Ш. Схемы транзисторных кличей
I. Ключ с форсирующей (ускоряющей) емкостью
На рис.10 изображена схема ключа с ускоряющим конденсате -
ром. Ускоряющий конденсатор присоединяется параллельно резисто-
ру А .Входное напряжение имеет прямоугольную форму.При подаче
Рис. 10.
на вход отпирающего перепада напряжения в момент tf (рис.10)
транзистор начинает открываться. В цепи базы его появляется
ток , который в первый момент весь вашкается черев кон-
денсатор С • так как разряженный конденсатор представляет
собой короткое зашкание для скачка тока. В результате в мо-
мент tf ток базы имеет большую величину tXj} . Дал ее, по ме-
ре заряда конденсатора, ток заряда уменьшается и часть тока ба-
зы начинает замыкаться через резистор Л . В момент Za кон-
денсатор заряжается практически до напряжения и весь ба-
зовый ток замыкается через резистор А
Пренебрегая выходным сопротивлением источника входного
сигнала,значение тока базы на участке можно опреде-
лить как
• (15)
При заданном Убк подбором величины & можно обеспечить
У S’, с . Тогда к моменту времени транзистор будет на-
ходиться на границе насыщения. В момент /у напряжение на вхо-
де равно нули, и практически единственным источником энергии
во входной цепи является заряженный конденсатор. Поэтому в мо-
мент Zj начинается разряд конденсатора. Ток разряда зашка-
ясь в цепи базы, создает сильный обратный ток базы .В мо-
мент заряд транзистора полностью рассасывается и транзио-
тор закрывается. Изменение коллекторного тока и напряжения на
коллекторе при этом происходит почти по линейному закону (рис.
II).
Отсутствия задержки 4» на расоаоывание избыточного за-
ряда в схеме рис.10 можно добиться лишь в том случае,когда к
моменту выключения транзистора ток базы равен УХ* , т.е.
• (16>
Однако из-за того, что коэффициент передачи базового тока jS
транзистора зависит от температуры и различен для разных тран-
зисторов одной партии, при подборе А необходимо брать мя-
- 19 -
нимальное значение Jtmin . Только при этом значении транзистор
к моменту выключения будет на границе наонщения.Еоли хе
то при таком подборе А ' транзистор к моменту выключения ока-
зывается в насыщенном состоянии. В результате при выключении
возникает задержка на рассасывание избыточного заряда.
Лучшие результаты в этом плане дают схемы ключей с нели -
небной отрицательной обратной связью (00С), в которых открытый
транзистор не насыщен, благодаря чему достигается максимальное
повышение быстродействия при выключении. -
2. Ключ с нелинейной 00С
Схема такого ключа представлена на рис.12.В исходном сос-
- 20 -
Рис.12. Рис.13.
тоянии за счет источника транзистор закрыт.Потенциал кол-
лектора примерно равен Диод 0 .присоединенный анодом
к коллектор; транзистора, а катодом к точке st , имепцей неболь-
шой положительный потенциал, также заперт. В момент (рис.
13) ко входу прикладывается отрицательное напряжение и транзис-
тор отпирается. В цепи базы появляется значительный ток .
Параметры схемы подбирается таким обраэрм.что Ofo > , и ,
следовательно, происходит быстрое нарастание тока коллектора,
как в обычном насыщенном кличе.
С ростом тока t-л повышается потенциал коллектора 26г ,
как только он достигает потенциала в точке , т.е.прибдизит-
- 21 -
оя к потенциалу баек на величину, меныцую, чем падение напряже -
ння на ревиоторе &л. , диод Ъ начнет проводить ток ( мо-
мент времени ). В результате запасается цепь обратной свя-
зи по напряжению - с коллектора транзистора на его баау.
Дальнейшее повышение потенциала коллектора за счет продол-
жающегося роста тока коллектора передается черев диод на баау и
вызывает уменьшение* тока баян, а оледовательно, замедление роо-
та тока .
Падение напряжения на ревисторе .приложенное плюсом к
базе и минусом к коллектору, превышает анодное напряжение диода
-D так, что коллекторный переход смещен в обратном неправле -
нии. Поэтому рабочая точка на нагрузочной характеристике после
отпирания диода принципиально не может продвинуться в область
насыщения. Поэтому в стационарном состоянии после окончания про-
цесса включения ключ остается ненасыщенным.
В момент входное напряжение возвращается к нулю и на-
чинается процесс выключения. Рассасывание зарядов в базе про -
изводится обратным током • Убывание коллек-
торного тока приводит к понижению потенциала коллектора и через
некоторое время диод вновь запирается.
После запирания диода большой обратный ток базы Уе± обес -
почивает быстрое запирание транзистора. Форма тока базы оказы-
вается близкой к идеальной.
1У. ЭКСПЕРИМаГГАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
I. Порядок выполнения работы
Схема макета лабораторной работы приведена на рис.14а)и б).
В первой части работа (схема 146)) оценивается влияние си-
лы базового тока, отпирающего транзистор, на длительность фрон-
та включения и время рассасывания избыточного заряда '
базы tp . А также исследуется зависимость этих же параметров
выгодного сигнала ключа от величины сопротивления (Влияю-
щего на степень насыщения транзистора. Для этого на вход ключа,
схема которого расположена в нижней части лицевой панели макета,
с помощью соединительного шнура подается сигнал с выхода генера-
тора импульсов Г5-15. На генераторе предварительно необходимо
установить частоту следования импульсов 10 кгц,длительность им-
- 22 -
пульсов 10 мксек и амплитуду их 14 в. Для удобства измерения
синхронизацию осциллографа следует производить с помощью синхро-
импульсов Г5-15. С этой целью выход синхроимпульсов генератора
Г5-15 соединяется шнуром со входом .X осциллографа и соответ-
ствующим переключателем на генераторе устанавливается задержка
tj= 2 мксек. Переключатель вида синхронизации осциллографа ус-
танавливается в положение "внешняя", переключатель "род работы*
- в положение "ждущая". Изменение величины базового тока при за-
данной неизменной величине входного напряжения производится пу-
тем изменения сопротивления >€ , включенного последовательно
в цепь базы транзистора. С этой целью в базовую цепь транзисто-
ра включены три резистора различных номиналов ( £j ).
Подключение того или иного иэ этих резисторов ко входу осущест-
вляется с помощью штекера. Резистор А обладает наименьшим из
трех сопротивлений. Резистор - наибольшим, что соответст-
вует наименьшему току базы. Изменение сопротивления осу -
ществляется аналогичным образом. Измерение и t/o произ -
водится на осциллографе с помощью меток времени. Вход & ос-
циллографа подключается к коллектору транзистора.При этом для
определения величины t/» необходимо из полученного в результа-
те измерений суммарного значения длительности фронта включения
и вершидр импульса на выходе (коллектора) ключа вычесть значе-
ние длительности импульса на его входе (10 мксек).
Во второй части (схема 14а) исследуется работа ключей с
форсирующей емкостью и с нелинейной отрицательной обратной
связью (00С). Для этого необходимо с помощью штекеров собрать
каждый иэ ключей на схеме, расположенной в верхней части лице -
вой панели макета. Затем, подав на ее вход импульс с Г5-15, по-
дучить осциллограммы напряжения на коллекторе транзистора.
2. ЗАДАНИЕ
I. Схема б)
а) Снять осциллограммы напряжений на коллекторе транзисто-
ра и измерить и t/a для трех значений сопротивления Аг
( = 1,5 ком, = 3 ком, 6,^ ком при ^=18 ком).
б) Снять осциллограммы напряжений на коллекторе транзисто-
ра ки измерить и tp для трех значений сопротивления А
- 23 -
Рис. 14,
= 7,5 ком, 15 ком, ^=18 ком при 1,5 ком.
2, Схема а)
а) Снять осциллограмму напряжений на коллекторе транзисто-
ра в схеме клоча, не включая фиксирующую емкооть и нелинейную
отрицательную обратную связь. Замерить tp и Zje .
б) Снять осциллограмму напряжения на коллекторе транзисто-
ра в схеме клоча с фиксирующей емкостью. Замерить и 2^» .
в) Снять осциллограшсу напряжения на коллекторе транзисто-
ра в схам£ клоча с нелинейной отрицательной обратной связью.За-
мерить Zp и ,
Литература
I. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных
схем. "Энергия", М., 1973, с.414-452.
2. Слуцкий В.З., Фогельсон Б.И. Импульсная техника и основы ра-
диолокации. М., 1975, с.85-101.
3. Гольденберг Л.М. Теория и расчет импульсных устройств на по-
лупроводниковых приборах. "Связь", И.,1969,с.88-120.
- 25 -
Данине макета
Схема а.
/if = 4,7 ком; ^2= 1,6 ком; £$ =5,6 ком; = 1,5 ком
С = 2200 оф. X
Д* - Д9, транзистор МП41А.
Схема б.
^4 = - 12 в; Л^= 1,6 ком; £* = - 12 в; £ = +2 в
= 7,5 ком; = 15 ком; £з =16 ком ; ^*>=1,5 ком
= 3 ком;. ^= 6,2 ком; транзистор МП41А.
- 26 -