Ненасыщенный ключ с нелинейной отрицательной обратной связью

Схема ключа с ускоряющим конденсатором

Конденсатор С_б ускоряет процессы отпирания и запи-рания транзистора. Действие конден-сатора состоит в создании бросков отпирающего и за-пирающего тока в цепи базы в мо-менты коммутации входного сигнала.

+U_П

R_к

E₁ С_б U_вых

– +

Кл. R_г

+ –

R_б

E₂

i_б I_б1_m I_б_µ t Q_б I_б1_mt_б I_б_µt_б Q_б.гр t 0

Отпирающий ток в первый момент будет равен

а затем, по мере заряда конденсатора, уменьшается до установившегося значения

Процесс включения происходит при токе базы и это сокращает длительность этапа включения:

Вместе с тем установившееся значение заряда в базе определяется меньшим отпирающим током I_б1_¥.

Конденсатор увеличивает и запирающий ток:

тогда как в схеме без конденсатора он был бы равен . Большой запирающий ток обеспечивает более быстрое рассасывание избыточного заряда и выключение транзистора.

1-я кривая соответствует постоянному отпирающему току базы, равному максимальному значению , 4-я кривая – для постоянного минимального тока I_б1_¥. 2-я кривая для общего случая имеет выброс; оптимальной является 3-я кривая без выброса функции Q_б(t). В этом случае обеспечивается высокая скорость включения и минимальный избыточный заряд перед выключением в любой момент времени.

Оптимальная постоянная времени заряда конденсатора t_С= C_б(R_г || R_б) может быть найдена путем решения уравнения заряда:

t_С.опт= t_б.

Заряд устанавливается тем быстрее, чем меньше t_С.опт, т.е. чем больше перепад токов .

+U_П VD R_к i_д i_вх R₀ i_б + –

Для устранения задержки выключения, обусловленной этапом рассасывания избыточного заряда, необходимо, чтобы в открытом состоянии транзистор находился на грани насыщения, т.е. отпирающий ток базы был равен граничному значению. При разбросе параметров транзистора и их температурных изменениях требуется стабилизация потенциала коллектора на уровне потенциала базы. С этой целью используется нелинейная отрицательная обратная связь с помощью диода, включенного между коллектором и цепью базы.

В выключенном состоянии ключа диод VD находится под обратным напряжением и закрыт. В момент t₀ подачи отпирающего тока I_вх.1 он весь течет в цепь базы и форсированно отпирает транзистор. В момент t₁ потенциал коллектора опускается до уровня

при котором диод открывается.

i_вх

I_вх.1 t₀ t₂ t –I_вх.2 i_б

i_к i_д i_к I_к_.н i_д t₀ t₁ t₂ t₃ t₄ t U_кэ U_П

I_вх₁R₀ U_кэ_.о

После этого входной ток быстро, с постоянной времени t_a, перераспределяется между цепями базы и коллектора. Если сопротивление R₀ удовлетворяет условию

рабочая точка транзистора установится в близости от границы активной области и области насыщения.

При поступлении в момент времени t₂ выключающего тока – I_вх.2 создается скачок запирающего тока базы

До момента t₃ происходит запирание диода, а к моменту t₄ – выключение транзистора.

В ненасыщенном ключе отсутствует этап рассасывания избыточного заряда, Этап выключения задерживается только на время запирания диода, но это время существенно меньше длительности этапа рассасывания.

Ненасыщенный ключ с нелинейной О.О.С. примерно равноценен насыщенному ключу с ускоряющим конденсатором (при оптимальной емкости С_б), зато не содержит нежелательного для интегральной схемотехники компонента (конденсатора).