VD сразу же, за моментом закрывания транзистора, ток в индуктивности протекает в том же направлении и той же величины, что был до закрывания VT (удовлетворяется закон сохранения направления и величины тока), но замыкается этот ток через диод VD, т. е. образуется цепь: индуктивность диодVD

в прямом направлении. Таким образом внешнее напряжение UVD откр от действия ЭДС самоиндукции невелико, оно равно примерно 0,6…0,7 В, и не опасно для закрывания VT. При этом общее напряжение на закрывшемся VT будет равно E0 + UVD откр . С целью упрощения заменяют UVD откр на Uоткр в соотношениях 1;3;4 в

начальной части этого раздела. На рисунке 1.40 изображены типовые формы импульсов на ключах.

Рисунок 1.40 - Типовые формы импульсов

В момент закрывания образуется ЭДС–самоиндукции, которая должна обеспечивать прежнее значение тока в контуре с диодом. Следовательно, к транзистору прикладывается напряжение, равное напряжению питания плюс падение напряжения на открытом диоде VD. Принято, что UVD откр = Uоткр . Поэтому

запись выражения имеет вид

Uкл = E0 + Uоткр

1.9 Способы повышения быстродействия ключей на биполярных транзисторах

Известны несколько способов повышения быстродействия ключей на

биполярных транзисторах. Рассмотрим некоторые из них.
1 С форсирующим конденсатором (рисунок 1.41, а).
В	момент	времени	1	ток		протекает	по	цепи
+ EC снизу Э− Б VT Cб R C −EC сверху, образуя выброс, как на рисунке 1.41, б.
			Iбфорс	EC
				R C
С	течением	времени Сб	заряжается и			ток протекает по		цепи
+EC снизу Э−Б VT Rб RC −EC сверху, образуя убывающую экспоненту.

44

		Iбстац	EC
			R C + R б
			Iжелат
	-E0
Cб	Rк			t
Rб	VT
			Iб
Rc			то, что в	Iб стац
			схеме
Ec			Iб форс	3
			1 2	t
				Iб форсир
			фронт tф	tспада

а) б)

Рисунок 1.41, а – Схема ключа с форсирующим конденсатором, б – процессы, протекающие в данной схеме

Зная величины Iб форс (см. рисунок 1.41, б) и Iб стац можно рассчитать Rб, Cб. Стационарный базовый ток меньше форсирующего.

Для форсирования фронта производят расчет по формуле:

						0	−Iб1τβ
	t	ф	≈	t ≈ τ	ln
				β
					Iбгр		τβ −Iб1τβ

т.е. вначале из графика определяют желательную длительность фронта Значение Iбгр известно из характеристик ключа; величина τβ тоже известна,

всем известным рассчитывается Iб1 . При закрывании протекает ток Iбфорс ,

t .

по

на

графиках переходных процессов рисунка 1.34 это iб2 .Ток протекает по цепи :

+ сверху Ec R c Cб ( зарядившийся до Ес ) Б- Э VT −снизу Eс .

Образуется выброс в отрицательной области графика (см. рисунок 1.41, б). Форсирующее закрывание биполярного ключа определяется током Iб форс:

Iбфорс ≈ 2Eс ,

R C

Расчетные соотношения для конденсатора С. Q = CU – заряд конденсатора. Пусть Q = Qгран = Iбгр τβ (см. переходные процессы на биполярных транзисторах).

U = E0	Iбгр =	E0	,
		R б

45

		E0			τ	β		τβ
тогда С =		R	б				≈
			E		0			R
								б

Недостатком схемы (см. рисунок 1.41, а) является ее неинтегрируемость. 2 Схема с нелинейной отрицательной обратной связью.

На рисунке 1.42 изображены варианты схем смещения биполярного транзистора в типовых линейных усилительных каскадах.

а) схема со смещающим резистором без стабилизации рабочей точки; б) схема с делителем и ООС по току на эмиттерном резисторе; в) схема с ООС по напряжению.

Рисунок 1.42 – Схемы смещения рабочей точки

Схема с нелинейной ООС использует третий вариант (рисунок 1.42, в), но вместо резистора водится диод VD, из-за этого обратная связь называется нелинейной, т.к. диод имеет криволинейную характеристику (рисунок 1.43).

46

		Uб
	-E0
	Rк		t
VD
		iб	Iб стац
	VT	Iб1
Rб
		1 2 3	t
Rc
			Iб2
		IVD
-		iк
Ec		Iнас
+			t
		Uк
			t
		E0
а)		б)

Рисунок 1.43 – Схема ключа с отрицательной обратной связью по напряжению

В схеме рисунка 1.43,а сопротивление Rc выполняет роль ГСТ (генератора стабильного тока), следовательно, Rc в несколько раз больше чем Rб, это отличие от предыдущей схемы с конденсатором, у которой Rб в несколько раз больше Rс (т.е. наоборот).

На интервале времени 1 - 2 (см. рисунок 1.43, б) транзистор открывается по экспоненте. К моменту 2 транзистор открывается полностью, входит в насыщение, протекают три тока:

1 Земля VT откр R к −E ;

0

2+ Ec снизуLземля VT откр VD +R C −EC ;

3.+ Ec снизуLземля переходэмиттербаза Rб R C −EC

На третьем графике второй ток обозначен как IVD. Но Rc выполняет роль ГСТ и ток через Rc почти не меняется, это означает, что ток через Rб должен убывать (см. второй график рисунка 1.43, б). Коллекторный ток нарастает, т.к. он состоит из двух составляющих: тока резистора Rк и тока диода VD.

Следовательно, удовлетворяются условия форсирования включения (как было в предыдущей схеме). К моменту времени 3 транзистор практически не насыщен, следовательно, временной интервал рассасывания отсутствует, фронт спада минимален.

Если в качестве диода VD применяются диоды Шоттки, то быстродействие схемы повышается, поэтому она широко применяется в интегральном исполнении (см. рисунок 1.44). В действительности транзисторов Шоттки не бывает, т. е. это изображение означает, что ещё имеются VD и R, которые подразумеваются на схеме.

47