Эмиттерных переходах

Следует иметь в виду, что эмиттерный повторитель способен существенно увеличивать мощность сигнала, потребляемую нагрузкой, т. е. работать в режиме усилителя мощности. Данное устройство имеет также высокое входное и низкое выходное сопротивления. Поэтому эмиттерные повторители на биполярных транзистора и их аналоги — истоковые повторители на полевых транзисторах часто применяют как элементы развязки в сложных радиотехнических устройствах.

Истоковые повторители, так же как и эмиттерные повторители, чаще всего применяют в качестве вспомогательных усилительных каскадов для согласования высокоомных источников усиливаемого напряжения с низкоомными нагрузочными устройствами.

С коллектора транзистора Т4 сигнал поступает на инвертор, собранный на транзисторе Т5. После инвертора полярность сигнала еще раз изменяется ( б.бж) и от его положительного фронта вновь переключается триггер Тг1 в состояние, при котором на выходе триггера появляется нулевой потенциал («земля»). Транзисторы Т6 и Т7 закрываются, и сигнал с выхода триггера Тг2 через согласующие эмиттерные повторители на транзисторах Т8 и Т9 поступает на вход усилителя мощности и затем в линию (б.бн).

Базовый элемент ЭСЛ изображен на 5.21. Здесь в отличие от обычного переключателя тока на выходах схемы включены эмиттерные повторители.

ментов (НПЛ). Электрическая схема непорогового базового элемента приведена на 1.37. Как видно из рисунка, в схеме отсутствуют эмиттерные повторители и введена ускоряющая емкость Сэ. Если напряжение питания Еп достаточно велико, чтобы обеспечить работу резистора R3 в режиме генератора тока, то схема работает так же, как ключ ЭСЛ. При уменьшении напряжения Еп изменяется передаточная характеристика схемы (1.38). При ?п= —1,1 В на передаточной характеристике практически

содержащего п строк и п столбцов, входных схем адреса (ЛВх) с выходами X и Y, информации (ВхИ), режима (Зп/Сч) и выборки кристалла (ВК), схем дешифрации адреса (ДШ X, ДШ Y) с выходными формирователями (ФДШ), усилителей записей считывания (УЗп/Сч), схемы управления (Сх. Упр.) и выходной схемы (Вых. Сх). Входные схемы минимизируют число выводов корпуса БИС, обеспечивают работу ДШ, преобразуют логические уровни (если это необходимо) и обеспечивают помехозащищенность. Входные адресные схемы работают на большие емкостные нагрузки, определяемые информационной емкостью ЗУ и его организацией. Например, для ЗУ емкостью 4096 бит каждая А Вх нагружена на 32 транзистора Дш X или Дш Y. Поэтому их подключают к дешифратору через эмиттерные повторители. Схемы Дш X и Дш Y работают на значительную емкостную нагрузку и снабжаются мощными формирователями токового сигнала (ФДШ X, ФДШ К). Усилители Зп/Сч определяют длительность цикла записи информации в запоминающем элементе.

Эмиттерно-связанная транзисторная логика. Микросхемы ЭСТЛ обладают по сравнению с другими схемами наибольшим быстродействием и большим потреблением мощности. Это объясняется тем, что транзисторы работают в ненасыщенном режиме, а на выходе схемы используются эмиттерные повторители, ускоряющие процесс заряда емкостей нагрузки. Особенностью этих схем является также ограниченный перепад выходного напряжения (0,69 В), что несколько уменьшает помехоустойчивость.

Когда на входе усилителя ( 4.19, а) появляется переменный сигнал, при положительной полуволне открывается транзистор типа п-р-п, пропуская в нагрузку ток, а состояние транзистора типа р-п-р не изменяется. При поступлении на вход отрицательной полуволны сигнала, наоборот, работает транзистор типа р-п-р. Таким образом, в нагрузке проходит переменный ток в течение всего периода. Постоянный ток в случае, если транзисторы имеют идентичные параметры и сигналы одинаковы по амплитуде, через нагрузку RH не проходит. Поскольку оба транзистора в схеме включены по отношению к нагрузке как эмиттерные повторители, согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки (обычно низкоом-ной) значительно упрощается и КПД схемы может оказаться достаточно высоким.

Для выравнивания выходных и входных уровней напряжения, а также в целях обеспечения высокой нагрузочной способности элементов используются эмиттерные повторители, ко-

40. Составные эмиттерные повторители по схемам Дарлингтона (а) и Шиклаи (б) и каскодный усилитель (в)

Цифровые ИМС эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) представляют собой транзисторные переключательные схемы с объединенными эмиттерами, обладающие по сравнению с другими типами цифровых ключей наибольшим быстродействием и большой потребляемой мощностью. Большое быстродействие для ЭСЛ-ИМС обусловливается тем, что в этих ключах транзисторы работают в ненасыщенном (линейном) режиме. На выходах ключевой части применяются эмиттерные повторители, ускоряющие процесс зарядки емкости нагруз-ки. Уменьшение времени задержки распространения достигается также за счет ограничения перепада выходного напряжения, что, однако, приводит к уменьшению помехоустойчивости схем ЭСЛ. Из разработанных

Максимально допустимое напряжение на эмиттерных переходах 6,5 t/эбтах, В

по напряжению: Ки — /Co/V + (WT» — 1/шт?,), где /Со — коэффициент усиления по напряжению каскада на средних частотах /?!>Лп, /Со = /121ЯкЯн/(/?к + /?-и+/122/?и/?к), где TB — постоянная времени усилительного каскада на верхних частотах (т„= Со/?вых = СоХ ХЯкЯн/(Як + R« + /i22#J?«); тн — постоянная времени усилительного каскада на нижних частотах без учета влияния емкости СТн= Сс/?вы.х = Сс/?к/?н//?к + /?н + ЛгаЛк/?... На практике используется схема с общим эмиттером, так как она позволяет усиливать не только напряжение, но также ток и мощность. Типовая схема усилительного каскада с общим эмиттером показана на 6.1.11. Резисторы R\, R%, /?K в схеме обеспечивают необходимые значения постоянных напряжений на коллекторном и эмиттерных переходах при питании всех цепей транзистора от одного общего источника питания Е». Резистор R, обеспечивает температурную стабилизацию рабочей точки, что для транзисторных усилительных схем очень существенно. С ростом температуры постоянная составляющая тока эмиттера /,о возрастает, вследствие чего увеличивается падение напряжения /?,/,п на резисторе /?„ при этом потенциал эмиттера относительно базы снижается, что уменьшает постоянную составляющую тока базы и ограничивает степень нарастания тока покоя в цепи коллектора. Для устранения этого воздействия при прохождении по цепям транзистора переменных составляющих резистор /?, шунтируется конденсатором С,. Конденсаторы С\ и Сс предназначены для предотвращения попадания постоянной составляющей тока от источника питания и сигнала на выход и вход усилительного каскада. Одним из важнейших показателей, характеризующих свойства усилителей, является его комплексный коэффициент усиления, который в общем случае можно представить как отношение комплексного напряжения на выходе усилителя к комплексному напряжению на его входе: /С= U_*^/U_,> =

где 2?/вэ — падение напряжения на эмиттерных переходах транзисторов VT4 и VT5. Через эти переходы протекает выходной ток элемента ТТЛ, являющийся входным током нагрузочных элементов. В зависимости от значения выходного тока ?/Бэ может принимать значения 0,45 ... 0,5 В при Т = 25 °С. Из сопоставления (7.8) и (7.10) с учетом (7.3) следует, что для обеспечения большей помехоустойчивости и„ для ЛЭ со сложным инвертором необходимо более высокое напряжение питания. Типовое напряжение питания 5 В. При этом для ?/БЭ = 0,5 В из (7.10) получаем U1 = 4 В.

Передаточные характеристики элемента ЭСЛ при Т — 25 °С для инверсного / и прямого 2 выходов представлены на 7.19. Эмит-терные повторители, во-первых, выполняют функцию согласующих схем смещения уровня выходного напряжения, предотвращающих режим насыщения входных транзисторов последующих ЛЭ. Действительно, выходные напряжения U1 элемента ЭСЛ ( 7.19) оказываются ниже выходных напряжений V1 элемента МЭСЛ (см. 7.17) на величину прямого напряжения ?/БЭ на эмиттерных переходах транзисторов VTa.n (см. 7.18).

В режиме хранения на шине X' устанавливается напряжение t/x'xp, положительное относительно общей шины микросхемы. Разность L/X- — Ux- з= t/й.п играет роль напряжения питания элемента памяти. В одном устойчивом состоянии транзистор VT1 открыт и насыщен, а транзистор VT2 закрыт, т. е. (/Кэ1 ~ ^кэ на, » sw 0,1 В, ?/кэ2 « tAi.n- В другом устойчивом состоянии наоборот: транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 насыщен, т. е. i/K.->i -- L/и.п, ?/кэ2 = Икэ нас- На базы управляющих транзисторов VT3, VT4 подают одинаковые напряжения (/Б. На шинах столбцов также устанавливаются одинаковые напряжения UY = U Б — иБЭ, где U БЭ — прямое напряжение на эмиттерных переходах транзисторов VT3, VT4. Напряжение Оъ выбирают исходя из условия UY ~ = t/x-xp + 0,2...0,3 В. При этом в управляющих эмиттерах Э12, Э22 токи практически отсутствуют.

Итак, на участке б — в (см. 6.2) ток /а возрастает за счет увеличения тока /к и суммы ai + ctj, которая, однако, не достигает единицы на этом участке. На эмиттерных переходах увеличивается прямое напряжение, усиливается инжекция носителей заряда. Электроны, инжектируемые «2-эмиттером, проникают через коллекторный переход в область п \-базы, где создают неравновесный отрицательный заряд, снижающий потенциал данной базы, что увеличивает инжекцию дырок р\ -эмиттером. Дырки, проникая в область /гг-базы, увеличивают инжекцию электронов «2-эмиттером. Таким образом, в тиристорной структуре возникает положительная обратная связь, которая приводит к самопроизвольному лавинообразному увеличению анодного тока. Точка в является граничной, создаются условия отпирания тиристора. Напряжение на приборе в точке в называется напряжением включения UBKJt, а ток /а = /Вкл — током включения.

В схеме на 3.2 относительная нестабильность тока коллектора транзистора Т определяется соотношением (3.2). Однако напряжения на эмиттерных переходах U3 и l/3i, как правило, заметно отличаются друг от друга. Из схемы на 3.2 следует1, что

В зависимости от рабочих токов сопротивления резисторов RI и /?э выбираются в пределах от сотен ом до десятков килоом и увязываются с падением напряжения на эмиттерных переходах транзисторов. Пренебрегая током базы транзистора VT2 1^ , можно записать /9i = /i, ^э2 =/. При равенстве сопротивлений резисторов и идентичных параметрах транзисторов наблюдается равенство токов /i = /. Значит, выходной ток / повторяет или отражает входной ток 1\. Это типичный отражатель тока. Пренебрегая током базы транзистора VT2, получаем

Большая часть внешнего прямого напряжения падает на коллекторном переходе, так как он смещен в обратном направлении. Поэтому первый участок прямой ветви ВАХ тиристора похож на обратную ветвь ВАХ выпрямительного диода. С увеличением анодного напряжения, приложенного между анодом и катодом, увеличивается прямое напряжение и на эмиттерных переходах. Электроны, инжектированные из n-эмиттера в р-базу, диффундируют к коллекторному переходу,втягиваются полем коллекторного перехода и попадают в «-базу. Дальнейшему продвижению элек-

Распределение потоков электронов и дырок в ти-ристорной структуре, находящейся в закрытом состоянии, схематично показано на 5.2, а. На этом рисунке кроме основных потоков носителей заряда из эмиттерных областей в прилегающие базовые области учтена инжекция носителей из базовых областей в эмиттерные и рекомбинация носителей в эмиттерных переходах. В закрытом состоянии тиристора из всего потока инжектированных в каждую

Исходный полупроводниковый материал для тиристоров должен иметь большую ширину запрещенной зоны. Тиристоры (как и другие полупроводниковые приборы) на основе широкозонного полупроводника имеют, во-первых, большее значение максимальной рабочей температуры, а следовательно, и максимально допустимой плотности тока в открытом состоянии. Во-вторых, при прочих равных условиях пробивное напряжение выше, что дает возможность делать тиристоры с большим значением напряжения включения и максимально допустимого обратного напряжения. В-третьих, при прочих равных условиях значительно меньший обратный ток через /э-п-переходы, смещенные в обратном направлении (например, /КБО), что обусловливает меньшую мощность, рассеиваемую в тиристоре при закрытом его состоянии и при обратном напряжении В-четвертых, меньшее значение коэффициента передачи тока эмиттера транзисторных структур, составляющих тиристор, при малых токах (сильнее влияет рекомбинация носителей заряда в эмиттерных переходах) обеспечивает резкую зависимость суммарного коэффициента передачи тока тиристора и более жесткую характеристику его переключения.