Насыщенных транзисторов

из состояния логического нуля в единицу. После запирания VT2 транзистор FT, откроется раньше, чем закроется насыщенный транзистор УТ4, так как для выхода VT4 из режима насыщения потребуется некоторое время для рассасывания неосновных носителей в базе. В результате в течение некоторого промежутка времени оба транзистора VT3 и VT4 открыты и по цепи, состоящей из элементов Ек, VT3, VD и VT4, протекает ток, значение которого определяется эмиттерным током КГ3, находящегося в активном режиме:

При закрытом ключе конденсатор разряжается через насыщенный транзистор. Амперметр подключается к цепи заряда и разряда через выпрямительный мост, поэтому отклонение его стрелки не меняется, независимо от того, протекает ток заряда или разряда емкости, а среднее значение тока определяется выражением Icp = 2ECfx. Диапазоны измерений таких частотомеров от 10 Гц до 300 кГц, погрешность измерения 2%. Амплитуда .входного синусоидального наяряжения ?/Вх^ 1 В.

щий напряжение насыщения (/Кэн5- Между тем ключевой насыщенный транзистор T.t работает с базовым потенциалом 1/бэ4, почти равным потенциалу С'бэ5 ненасыщенного транзистора TS (1/бэ4 больше 1/бз5 на небольшой перепад напряжения от тока /65 на низкоомном резисторе RS = 100 Ом). Очевидно, что при'одинаковых базовых потенциалах ([/бэ4 » ^бэ5) можно обеспечить насыщение ключевого транзистора Тц, сформировав эту структуру с большей площадью эмиттера, чем у Т$. В микросхеме 521СА1 предус?лотрены входы для стробиро-вания ИКН сигналами t/n-p0i;. При подаче на стробирующий вход низкого потенциала (1/Сгроб = ^вых) выходной потенциал этого канала фиксируется диодом Дз или Дд на уровне [7ВЫХ и перестает реагировать на изменения входного сигнала. При этом от источника стробиру.ющего сигнала потребляется ток 1,2 мА. При подаче на стробирующий вход высокого потенциала (t/CTp06 = LrBb]x) выход этого канала деблокируется.

В представленной схеме ( 18-18, а) диод VD4 служит для ограничения отрицательного напряжения, подаваемого на базу транзистора VT2, диод VD3 препятствует замыканию источника управляющего напряжения через разряженный конденсатор С1 или насыщенный транзистор VT1, а диод VD5 ограничивает значение выходного импульса.

где Bt — коэффициент усиления транзистора Т по току в инверсном включении, т. е. максимальная величина RQ ограничена. Если это условие выполнено, разрядка конденсатора С происходит с постоянной времени QI = CRr и занимает время I? = 3et. Через интервал времени Т, удовлетворяющий неравенству Т > т, + tf, поступает другой входной импульс (отрицательный на 3.63). Синхронный ему опорный импульс иоп(/) снова запирает транзистор, и входной импульс передается на нагрузку RH. За время т конденсатор С снова заряжается до напряжения А, но полярность этого напряжения будет уже обратной: минус на левой обкладке, плюс — на правой. После окончания действия второго импульса наличие напряжения на конденсаторе С приводит к появлению небольшого положительного напряжения на коллекторе транзистора Т, которое быстро уменьшается по мере разрядки конденсатора через резистор Rr и насыщенный транзистор Т. Для обеспечения насыщения транзистора Т необходимо обеспечить условие RQ < В—RI, которое, однако,

эмиттере несколько увеличивается из-за связи резистора R3 с источником e(t) через резистор Rr и насыщенный транзистор 7V Однако состояние транзистора Г2, а следовательно, и напряжение на выходе триггера при этом не изменяются.

тока, текущего через Rc. Если запирающее напряжение на базе, составляющее часть напряжения источника смещения +?см> обозначить Ui, то вторая составляющая коллекторного тока /2 = Ui/Rc. Обычно ?см « l^l и тогДа U* « l^l- в этом случае /2 « If, IKH 2 = = /г — /2 « ft — E/RHZ- Из общего условия насыщения /кн < В/б находим условие насыщения транзистора Т2 ждущего мультивибратора R62 < B2RK2, что аналогично (3.29). Правый вывод резистора RG связан с корпусом устройства через насыщенный транзистор Т2. Схема базовой цепи запертого транзистора Т2 аналогична схеме базовой цепи запертого транзистора триггера (см. 6.18). Поэтому условие запирания транзистора 7\ при длительно устойчивом состоянии совпадает о условием запирания транзистора в триггере или ключевом каскаде о внешним источником смещения: Rot < Есы/1к0тах.

Другая простая схема регулировки длительности выходных импульсов показана на 6.75. В основу регулировки положено изменение начального скачка запирающего напряжения на базе Г2 при формировании выходного импульса. Независимо от положения движка потенциометра RKi конденсатор С, в процессе восстановления заряжается через сопротивление участка потенциометра между движком и верхним, согласно 6.75, выводом до напряжения Е. Обозначим сопротивление этой части потенциометра через rt. Часть потенциометра между движком и нижн-им выводом имеет сопротивление rz. Восстановление напряжения на конденсаторе происходит с постоянной времени Ов = = C,/-j. Если для завершения этого процесса отведено достаточное время, то начальное напряжение на конденсаторе UCi0 = Е — /К01. ri — t/gH2 » Е. После запуска мультивибратора и насыщения транзистора 7\ скачок запирающего напряжения на базе Г2, в отличие от UCi0, будет зависеть от положения движка потенциометра RKl. В схеме 6.75 левая обкладка конденсатора GI связана с корпусом не непосредственно через насыщенный транзистор TI, а через Л2. Так как через RKt (его можно рассматривать как делитель, состоящий из ri и г2) протекает ток от источника Е, то напряжение на этой обкладке конденсатора Cj будет не нулевым. Считая RKt < Яр2, найдем напряжение на левой обкладке конденсатора:

передается на базу Г2, вызывая его дальнейшее отпирание. Процесс переключения транзисторов развивается лавинообразно и заканчивается насыщением транзистора Т2. За это время напряжение на обкладках Сг практически не изменяется, остается близким к Е (минус на правой, плюс — на левой обкладке конденсатора). Через насыщенный транзистор Т2 правая обкладка конденсатора оказывается связанной с корпусом, а левая обкладка по-прежнему соединена с базой 7\ и положительное напряжение на ней запирает транзистор Тг, Мультивибратор перешел во второе квази устойчивое состояние равновесия. В этом состоянии транзистор 7\ заперт, транзистор Т2 насыщен, конденсатор d разряжается через R6i на источник питания — Е, конденсатор С2 заряжается от источника питания — Е через RKi и эмиттерный переход насыщенного транзистора Т2.

да Д и шунтирующего резистора Яш ( 6.119). В процессе восстановления ток намагничивания замыкается через диод Д и резистор Rm; малое значение Rm позволяет снизить выброс коллекторного напряжения до допустимого значения Uк лоп. В то же время при формировании импульса анод диода Д оказывается связанным с корпусом через насыщенный транзистор Т; диод Д при этом заперт и отключает

Конденсатор Cj, зарядившийся до напряжения ивкл = г\Е, после переключения транзисторов ждущего мультивибратора начинает перезаряжаться через насыщенный транзистор Т.2 и резистор К2 на источник питания Е с постоянной времени вф = /?2Ci Отрицательное напряжение на правой обкладке конденсатора С. поддерживает транзистор Т3 в запертом состоянии. Через интервал

Другие параметры элементов не учитываются на стадии предварительных расчетов, но затем в окончательных принимаются во внимание. Так, для открытых и насыщенных транзисторов и открытых диодов принебрегают падениями напряжения на их переходах. При закрытом состоянии тех же элементов сопротивление переходов принимается бесконечно большим. Также вначале могут не учитываться отклонения от номинальных значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов.

Исторически первым было семейство ЦИС типа ТЛНС. Базовые элементы имеют технические решения, приведенные в табл. 20.1. Следует учитывать, что нагрузками логических элементов являются входные цепи аналогичных элементов. Серьезный недостаток ТЛНС неравномерное распределение тока между базами нагрузочных транзисторов. Такая неравномерность связана с различием входных характеристик транзисторов, обусловленным не технологическим разбросом (который в ИС мал), а неизбежным различием коллекторных токов насыщенных транзисторов. Токи насыщения существенно зависят от числа транзисторов базового элемента, находящихся в открытом состоянии. При подключении нескольких нагрузок к базовому элементу снижается логический перепад выходных уровней и, следовательно, допустимое значение статической помехи (до значения {/„„„* 0,2 В).

В течение времени, пока диоды смещения элементов II группы проводят, выходное напряжение элемента I группы почти не меняется ( 7.15), так как приращение тока коллектора отбирается низкоомной нагрузкой (это входная цепь насыщенных транзисторов). После запирания диодов смещения ускоряется спад выходного напряжения 17ВЫХ], который проис-272

жение на базе Т3 относительно корпуса ибз = еоб« + «ценз! напряжение на коллекторе Tt равно «кэ Н4, где ыкэ на и икэ Н4 — напряжения между эмиттером и коллектором насыщенных транзисторов Tz и Tt. Если бы между коллектором Т4 и эмиттером Т3 не был включен диод Дь а указанные электроды транзисторов были включены непосредственно, то напряжение эмиттера Т3 также было бы равно инэ „4. В этом случае напряжение ыбэз оказалось бы положительным:

насыщения. Ток проходит по цепи ( 21.6) +ЕК, R,, открытый коллекторный p-n-переход транзистора Ть эмиттерно-базовые переходы насыщенных транзисторов Т2 и Т4, 0. Многоэмиттерный транзистор Т1 находится в инверсном режиме включения. Так как транзистор Т2 открыт и находится в насыщении, между точками А и В элемента имеется малый перепад напряжения, из которого вычитается падение напряжения на диоде Д. В силу этого транзистор Т3 надежно закрыт и находится в режиме отсечки. Насыщенный транзистор Т4, представляя собой в этом режиме эквипотенциальную точку, подсоединяет узел С схемы к заземленной точке D, закорачивая тем самым сопротивление нагрузки RH. Таким образом, на выходе напряжение равно логическому нулю. Появление хотя бы на одном входе Tt импульса напряжения низкого уровня приводит к открытию соот-вегствующего эмиттерного перехода Т1. Транзистор 7\ выходит из инверсного режима, а транзисторы Т2 и 74 закрываются, так как их базовые токи становятся равными нулю. В это время входит в насыщение транзистор Г3. Его базовый ток насыщения протекает по цепи + ?к, R2 эмитгерно-базовый переход 7'3, прямо включенный диод Д, сопротивление нагрузки Кн, — Ек. На сопротивлении R падает напряжение

Этот ток через эмиттерный повторитель, подключенный к выходу II группы логических элементов, вызывает уменьшение тока базы /em (р) насыщенных транзисторов, относящихся к III группе логических элементов,

шать Д/У можно до тех пор, пока он по абсолютной величине не станет близким к напряжениям на электродах насыщенных транзисторов. Дальнейшее уменьшение скачка напряжения ДС/ приведет к уменьшению температурной стабильности формируемых импульсов.

Для снижения мощности рассеяния используют малые питающие напряжения. Уменьшение питающих напряжений позволяет снизить потребляемую устройством мощность, что необходимо при увеличении степени интеграции элементов импульсных устройств. Однако при малых питающих напряжениях остаточные напряжения на электродах насыщенных транзисторов, которыми р;:ш.:'е пренебрегали, необходимо учитывать. В микроминиатюрных интегральных устройствах применяют обычно кремпиев >ie транзисторы, имеющие малые значения обратного тока /ко. Остаточные напряжения на электродах кремниевых транзисторов больше, чем у германиевых.

Сложный инвертор. Данный инвертор выполнен на транзисторах Т2, Т3 и Тц. Каскад на Т2 является предварительным усилителем; он осуществляет усиление выходных сигналов схемы И и управление выходным каскадом на Т3 и Г4. При наличии логических уровней «1» на каждом из входных контактов схемы И 4.26 прямой ток коллекторного перехода транзистора Тг включает транзисторы Т 2 и Т4. Каждый из этих транзисторов оказывается насыщенным. Насыщение Т2 приводит к тому, что базовый ток Т4 определяется не только током коллектора 7\, но и током, протекающим через резистор R2 и участок коллектор — эмиттер транзистора Т2. Таким образом, транзистор Т4 оказывается включенным значительным базовым током. Напряжение на выходе сложного инвертора равно напряжению (/КН4, т. е. близко к нулю. Выходной сигнал соответствует уровню логического «О» при Хг = ~Хг=\. Транзистор Т3 при этом заперт. Напряжение на базе Т3 относительно корпуса мбз =еоб4 + мкэ.„2; напряжение на коллекторе Тл равно иКЭЛ14, где икэ Л12 и ыкэ Н4 — напряжения между эмиттером и коллектором насыщенных транзисторов Т2 и Г4. Если бы между коллектором 7"4 и эмиттером Т3 не был включен диод Дх, а указанные электроды транзисторов были включены непосредственно, то напряжение эмиттера Т3 также было бы равно «КЭЛ14. В этом случае напряжение мбэ3 оказалось бы положительным:

Пусть на оба входа относительно общей заземленной шины одновременно поданы положительные импульсы напряжения ?/' = 3,3 В. В этом случае оба эмиттерных перехода транзистора Г, закрыты, так как они имеют обратное смещение. Транзисторы Г2 и Т4 находятся в режиме насыщения. Ток проходит по цепи ( 1.18} +Ек, Rt, открытый коллекторный p-n-переход транзистора Г,, эмиттерно-базовые переходы насыщенных транзисторов Т-, и Г4, 0 . Многоэмиттерный транзистор Г, находится в инверсном режиме включения. Так как транзистор Т2 открыт и находится в насыщении, между точками Л и 6 элемента имеется малый перепад напряжения, из которого вычитается падение напряжения на диоде/?. В силу этого транзистор Т3 надежно закрыт и находится в режиме отсечки. Насыщенный транзистор Т4, представляя собой в этом режиме эквипотенциальную точку, подсоединяет узел С схемы к заземленной точке О, закорачивая тем самым сопротивление нагрузки RH . Таким образом, на выходе напряжение равно логическому нулю. Появление хотя бы на одном входе Т} импульса напряжения низкого уровня приводит к открытию соответствующего эмиттерного перехода Т1,. Транзистор Tt выходит из инверсного режима, а транзисторы Т2 и Г4 закрываются, так как их базовые токи становятся равными нулю. В это время входит в насыщение транзистор Г3. Его базовый ток насыщения протекает по цепи +ЕК, R2, эмиттерно-базовый переход Тъ, прямо включенный диод Д,

Исторически первым было семейство ЦИСтипа ТЛНС. Базовые элементы имеют технические решения, приведенные в табл. 20.1. Следует учитывать, что нагрузками логических элементов являются входные цепи аналогичных элементов. Серьезный недостаток ТЛНС — неравномерное распределение тока между базами нагрузочных транзисторов. Такая неравномерность связана с различием входных характеристик транзисторов, обусловленным не технологическим разбросом (который в ИС мал), а неизбежным различием коллекторных токов насыщенных транзисторов. Токи насыщения существенно зависят от числа транзисторов базового элемента, находящихся в открытом состоянии. При подключении нескольких нагрузок к базовому элементу снижается логический перепад выходных уровней и, следовательно, допустимое значение статической помехи (до значения {/пом«0,2 В).