книги / Сборник задач и упражнений по импульсной технике

111

113

том же направлении. Так как транзистор закрыт, то ток замыкается через конденсатор С, заряжая его, т. е. обеспечивая преобразование магнитной энергии катушки в энергию электрического поля конден­ сатора. После зарядки конденсатора начинается его разрядка на ка­ тушку L и т. д,, что приводит к возникновению колебаний в контуре. 6.4. При запирании транзистора э. д. с., наводимая на концах катуш ­ ки L, стремится поддержать первоначальный ток в том же направлении, т. е. «минус» э. д. с. приложен к коллектору, а «плюс» — к резистору Лф (см. рис. 6.1, а). Так как по переменному току «плюс» э. д. с. через малое сопротивление Сф подключен к общему проводу то э. д. с. подключена параллельно транзистору. Это и обеспечивает первую по­ луволну выходного напряжения отрицательной полярности. 6.5. Как показано в ответе к задаче 6.3, в процессе колебаний имеет место пре­ образование магнитной энергии катушки L в электрическую конденса­ тора С. В процессе преобразования часть энергии теряется на актив­

цепь эмиттера транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, выходное сопротивление которого в открытом состоянии существенно меньше. Поэтому при действии заднего фронта входного импульса от контура отбирается большая энергия, что приводит к быстрому срыву колебаний. 6.14. При запирании транзистора э. д. с. катушки L стре­ мится поддержать убывающий ток, поэтому «плюс» э. д. с. приложен к

стоянное напряжение между коллектором и общим проводом будет рав­ но нулю. 6.17. 45 мкс. 6.18. Транзистор Т 2 является усилительным элементом, с помощью,которого энергия из контура подается в фазе вновь в контур и обеспечивает незатухающие калебания. 6.19. Необ­ ходимо уменьшить сопротивление резистора У? 2 или Л г 6 .2 0 . Конден­ сатор Ср обеспечивает развязку по постоянному току контура и тран­ зистора Т 2. Отказ Ср типа «короткое замыкание» соединяет базу Т 2 с общим проводом через малое активное сопротивление катушки L , что может привести к срыву колебаний. 6.21. Искусственная линия с рас­ пределенными параметрами обеспечивает конечную скорость распро­ странения волны вдоль линии, что приводит к задержке 6.22. Кабель­ ные линии имеют малые погонные индуктивность и емкость, поэтому скорость распространения волны достаточно велика. Для получения микросекундных задержек кабели должны иметь большую длину.

114

вают задержку на большее время при меньших размерах. 6.27. Задерж­ ка импульсов в цепочечной линин обусловлена переходными процес­ сами в ней, т. е. конечным временем зарядки конденсатора в каждой ячейке через индуктивность. 6.28. Каждая LC-ячейка цепочечной ли­ нии представляет собой фильтр нижних частот — устройство, пропус­ кающее без заметного ослабления лишь колебания частот, меньших частоты среза /с, Поэтому линия передает без искажения только такие импульсы, ширина спектра которых меньше частоты среза. 6.29. Чем меньше L и С, тем больше частота среза и меньше искажения. 6.30. а)

6.32. 0,53 мне, 6.33. Необходимо уменьшить число звеньев до л?9.

ГЛАВА 7

ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ

§7.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ИРАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

Вглаве собраны задачи по статическому и динамическому режимам ключей, реализованных на биполярных н полевых транзисторах.

Транзисторные ключи служат для коммутации цепей на* грузки под воздействием внешних управляющих сигналов. Пример схемы транзисторного ключа приведен на рис. 7.1. В соответствии с функциями ключа транзистор может нахо­ диться в одном из двух статических режимов: режиме отсечки (транзистор закрыт) и режиме насыщения (транзистор открыт и насыщен). Активный режим работы имеет место при переходе из одного статического режима в другой.

Для получения режима отсечки необходимо обеспечить на­

где и иор — пороговое напряжение транзистора (для германи­ евых — Uпор ~ 0. для кремниевых — (/пор я# 0 , 6 В).

115

На режим отсечки оказывает влияние обратный ток колекторного перехода / к0, причем степень влияния / к0 на германие­ вые транзисторы существенно выше, так как / к0 у них на несколько порядков больше, чем у кремниевых. Практически

Поэтому условия обеспечения режима отсечки в транзистор­ ных ключах на германиевых и кремниевых транзисторах не­ сколько различны.

В ключах на германиевых транзисторах для обеспечения на­ дежного запирания транзистора применяют дополнительный источник смещения £ сы (см. рис. 7.1). В этом случае напряже­ ние на базе определяется как

Для надежного запирания ключа необходимо, чтобы и6 > 0 . Отсюда условие запирания: £ сМ> / „ Так как / в0 силь­ но зависит от температуры, то это условие должно выполнять­ ся при максимальной рабочей температуре. На практике обыч­ но £ см задано, поэтому режим отсечки обеспечивается подбо­ ром

В ключах на кремниевых транзисторах напряжение порога от­ пирания отлично от нуля, поэтому обычно £ см не используют (рис. 7.2). В этом случае напряжение на базе

116

где U° — остаточное напряжение источника входного сигнала

Напряжение на коллекторе в режиме насыщения определя­ ется остаточным напряжением uia = U0.

Влияние активной нагрузки на работу ключа. Нагрузку к ключу можно подключить тремя способами: параллельно RK, параллельно транзистору и последовательно с ним.

Нагрузка подключенная параллельно R K(см. рис. 7.2). называется незаземленной. Подключение такой нагрузки рав­ носильно уменьшению сопротивления коллекторного резис­ тора до значения Rк = R KR J(R K+- R n), что приводит к уменьшению степени насыщения транзистора. Следовательно, сопротивление нагрузки можно уменьшать до тех пор, пока коэффициент насыщения S > 1. Минимальное сопротивление нагрузки в этом случае составляет

называется заземленной (см. рис. 7.2). Подключение ее вызы­ вает уменьшение напряжения на коллекторе в закрытом состоя­ нии транзистора. Это приводит к уменьшению напряжения на выходе, так как напряжение источника распределяется между R a и R„. При наличии Rn выходное напряжение составляет

Динамический режим транзисторного ключа. При воздей­ ствии на вход ключа прямоугольного импульса, имеющего

117

крутые фронты, транзистор включается и выключается не мгновенно, а за конечные промежутки времени, определяемые длительностью переходных процессов. Переходные процессы включают задержку включения (/3), фронт (/ф), рассасыва­ ние избыточного объемного заряда (fp) и срез (?ср) коллектор­ ного тока.

Задержка включения обусловлена перезарядом входной ем­ кости Свх от напряжения запирания 1/бз до напряжения от­ пирания транзистора Unop. Время задержки включения при­ ближенно можно определить

где Свх = Сэ + С „ —входная емкость транзистора; Сэ, С„ — емкости эмиттерного и коллекторного переходов; i'G— ток включения транзистора.

Фронт коллекторного тока обусловлен инерционными про­ цессами изменения концентрации носителей в базе и измене­

щая инерционность транзистора.

Рассасывание обусловлено уменьшением избыточного объем­ ного заряда. На этом этапе транзистор выходит из насыщения на границу насыщения. Время рассасывания

где г’б2 — ток базы при выключении транзистора.

Срез коллекторного тока обусловлен инерционным характе­ ром уменьшения заряда в базе. На этом этапе транзистор с гра­ ницы насыщения переходит в область отсечки. Длительность

Для уменьшения времени переходных процессов схемы ус­ ложняют: применяют форсирующую емкость Сф, диодную фик­

U8

сацию коллекторного напряжения, нелинейную отрицатель­ ную обратную связь.

В ключе с форсирующей емкостью Сф (рис. 7.3) уменьшение времени включения и выключения обеспечивается за счет уве­ личения тока включения /0 и выключения i62. Амплитуда тока включения

где Ег — э. д. с. источника входного сигнала; Ri — внутрен­ нее сопротивление источника; гвх — входное сопротивление транзистора.

По мере зарядки конденсатора Сф ток базы спадает по экс­ поненциальному закону с постоянной времени

сравнительно малых токов базы. Оптимальное значение емко­ сти Сф зависит от постоянной времени трэк:

ОПТ эк/Ri- (7.19)

В схеме с диодной фиксацией коллекторного напряжения (рис. 7.4) уменьшение времени переходных процессов достига-

419

ется уменьшением длительности среза в импульсе коллектор­ ного напряжения

В схеме с нелинейной отрицательной обратной связью

(рис. 7.5) исключается процесс рассасывания /р предотвраще­ нием насыщения транзистора. Насыщение исключается фик­ сацией напряжения ик0 при открывании транзистора Т на уровне меньшем, чем необходимо для смещения коллекторного

Рис. 7.5 Рис. 7.6

перехода в прямом направлении (для кремниевого транзисто­

« 0 ,5 В. Так как напряжение между коллектором и базой при наличии ДШ ыкб = 0 пр ж 0,5 В, то коллекторный переход не открывается и транзистор не входит в насыщение.

Для повышения нагрузочной способности и при работе на емкостную нагрузку применяют сложные ключи (рис. 7.6).

Е к через малое выходное сопротивление эмиттерного повтори­ теля (Тг) и диод Д. При закрывании Т2 и открывании Т 3 ем­

120