Отпиранию транзистора

Время спада выходного напряжения ключа при отпирании транзистора уровнем напряжения t/вх определяется разрядом емкости Свых через открытый транзистор и равно

В исходном состоянии триггера транзистор Т1 открыт, а транзистор Т2 закрыт. При отпирании транзистора Т2 нелинейная обратная связь не действует до тех пор, пока напряжение UR\2 не превысит напряжения между базой и коллектором UQK, так как диод в это время закрыт. С ростом входного тока напряжение f/«i2 превышает напряжение f/бк и порог отпирания диода. На резисторе /?iz создается падение напряжения, которое поддерживает диод в открытом __________________'

На резисторе RQ создается напряжение 0,5—0,6 В, обеспечивающее фиксацию потенциала коллектора относительно потенциала базы, т. е. напряжение UR будет сохранять потенциал коллектора всегда положительным (0,2 В), что характеризует состояние ТК на границе насыщения. При отпирании транзистора диод будет закрыт до тех пор, пока ?/Вых(7) не станет меньше Uк на 0,3—0,4В (падение напряжения на открытом диоде). Тогда диод открывается и дальнейшее приращение коллекторного тока идет только через диод V, ток базы при этом уменьшается на величину тока диода /д ( 5.6, б).

Допущение о нулевом выходном сопротивлении и бесконечной мощности источника входных импульсов ывх(/) позволяет сделать вывод о том, что, несмотря на наличие емкости Саи, напряжение на затворе изменяется практически мгновенно. Скачок напряжения ?/твх на затворе вызывает скачок выходного напряжения, вызванный делением ?/твх между емкостью С^ и паразитной емкостью, включенной между стоком и истоком. Динамическая схема каскада при отпирании транзистора Т приведена на 3.100. Электроды 3 и Я по переменной составляющей сигнала замкнуты через нулевое выходное сопротивление источника uBI(t); следовательно, замкнута и емкость Сзи. Остальные элементы эквивалентной динамической схемы транзистора объединены пунктирным контуром. Емкости См и Сн соответствуют емкости монтажа и нагрузки в выходной цепи. Между истоком и стоком транзистора включен конденсатор Ci — Сн + Си + + Сси и скачок напряжения на выходе

фронтов выходного импульса. Для нахождения времени по-, ложительного фронта импульса коллекторного тока ( 7.9,6) при отпирании транзистора током базы /61 в виде идеального перепада ( 7.9, а) можио воспользоваться эквивалентной схемой транзистора в области высоких частот по

при выполнении которого обеспечивается запирание диода при насыщении транзистора. Необходимо иметь в виду, что при чрезмерно большом сопротивлении RM (разумеется, в пределах /?Kl -f- /?„2 = 8 кОм) длительность фронта выходного импульса увеличивается, так как при отпирании транзистора диод быстро запирается и емкости С„ и Ск перезаряжаются через сравнительно высокоомное сопротивление RK = RKI + RKZ- Поэтому сопротивление RKl следует выбирать таким образом, чтобы во время формирования фронта диод оставался открытым и емкости С„ и Сн перезаряжались через низкоомную цепь /?„2 ДЕф. Это требование можно выполнить, рассчитав сопротивление резистора RK) так, чтобы ток через диод

Динамическое смещение ия см приводит к увеличению времени задержки при отпирании транзистора ta6. Когда повторитель запирается, заряд конденсатора Сб через проводящий диод Д перераспределяется между Сб и Свзс, что приводит к образованию отрицательного смещения на входах транзисторов 77 — Т6. К моменту времени tu это смещение достигает величины ?/вх =» — ?/Дом Сб/(Сц + Свх). При этом /зб определяется как время, в течение которого напряжение на входе изменяется на величину Uа от + 11Л см Сб/(Сб + Свх). На основании схемы на 3.32, б (заменив источник напряжения U6B емкостью Свх) можно показать, что напряжение на входе транзистора

Срез импульса формируется при запирании транзистора Т1 эмит-терным сигналом и отпирании транзистора Т2. Длительность среза можно оценить с помощью приближенного соотношения

При отпирании транзистора Т1 открывается и транзистор Т2. Конденсатор С быстро разряжается через резистор /?р и эмиттерные переходы открытых транзисторов. Резистор Rp (50—100 Ом), сопротивление которого значительно больше сопротивлений открытых переходов, регулирует и стабилизирует длительность импульса.

При отпирании транзистора Т1 конденсатор Сэ быстро заряжается через резистор #щ. Скорость перезаряда определяет длительность импульса мультивибратора. Конденсатор Сб при этом разряжается, поддерживая транзистор Т2 в закрытом состоянии. Благодаря наличию отключающего диода на коллекторе транзистора Т2 формируется прямоугольный импульс. Изменение напряжения на базе транзистора Т2 в основном определяется скоростью заряда конденсатора Сэ, так как обычно Сб/?б > СЭК„1. После переброса мультивибратора конденсатор С 9 начинает перезаряжаться через резистор R. Так как /?8 >

') При длительности фронта, сравнимой с i^N, такой пробой возможен из-за умножения носителей в коллекторном переходе, обратное смещение на котором не успевает заметно измениться при отпирании транзистора.

Релейный стабилизатор со стабилитроном работает таким образом. При подаче постоянного входного напряжения 1/вх регулирующий транзистор 7\ открывается. Благодаря наличию индуктивной катушки ?ф, ток через которую не может изменяться скачком, напряжение на выходе стабилизатора будет постепенно увеличиваться. Соответственно в блоке сравнения начнет увеличиваться напряжение РС/ВЫХ, где р — коэффициент деления резистивного делителя RaR^R^. При некотором значении этого напряжения стабилитрон Дх открывается, что приводит к отпиранию транзистора Т3 и запиранию транзистора Т2, так как транзистор Т3 закорачивает его вход. В свою очередь, транзистор Г2 запирает регулирующий транзистор 7\. После этого напряжение на выходе стабилизатора и в блоке сравнения начинает уменьшаться. При определенном значении $Uвых стабилитрон Д^ закрывается, что приводит к запиранию транзистора Т3 и отпиранию транзисторов Т2, Т-±. Далее все процессы повторяются.

в, результате чего в выходном напряжении формируется крутой передний фронт. На этом заканчивается первый этап работы преобразователя. Возросший скачком ток i'Kl приводит к изменению магнитной индукции сердечника от значения —Вг, при котором трансформатор находился в начале рассматриваемого этапа работы, до значения +ВГ. При этом в сердечнике появляется магнитный поток Ф, изменяющийся практически по линейному закону. Достигнув участка насыщения +ВГ, скорость нарастания магнитного потока уменьшается. Уменьшаются и э. д. с., наводимые в обмотках w'x, Шос, в результате чего появляется небольшой коллекторный ток t'K2 в запертом ранее транзисторе Т2, а коллекторный ток iKl транзистора Тг несколько уменьшается. Направление м. д. с. в сердечнике изменяется на противоположное. Начинает действовать положительная обратная связь, что приводит к запиранию транзистора 7\ и отпиранию транзистора Тъ. Далее процессы повторяются вновь. Необходимо отметить одну особенность работы конвертора с самовозбуждением, которая заключается в том, что выпрямляется не синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц, а переменное напряжение прямоугольной или близкой к ней формы с частотой, доходящей до 50 кГц. Силовые же диоды, применяемые в выпрямителях, имеют, как известно, инерционные свойства. Поэтому при выпрямлении напряжений с крутыми фронтами выпрямительные диоды в моменты времени, когда фронты нарастают и происходит спад импульса, теряют свойства .односто-

состоянии транзистор Т\ заперт, а транзистор T-i открыт и находится в состоянии насыщения, так как через резистор R3 проходит достаточно большой базовый ток /62. За счет эмиттерного тока транзистора Г2 на общем резисторе R3 создается падение напряжения U3 = l3iR, с указанной на рисунке полярностью, а за счет источника питания ?к на нижнем плече делителя R\R2 — падение напряжения UR2. При выполнении условия t/3> >\URi\ на базу транзистора Т\ подается положительное напряжение t/6i, запирающее его. Конденсатор С при этом оказывается заряженным до напряжения ис = = Ек — U3. При подаче на вход одновибратора в момент времени /, (см. 6.26, б) запускающего отрицательного импульса с амплитудой, превышающей напряжение на базе ( (Увх > U6\ \), транзистор Г, начинает открываться и напряжение на его коллекторе увеличивается. Положительное приращение напряжения передается через конденсатор С на базу транзистора Г2, запирая его. Уменьшение падения напряжения на резисторе R3 способствует дальнейшему отпиранию транзистора Т\, и процесс нарастает лавинообразно, заканчиваясь полным запиранием транзистора 7*2 и насыщением транзистора Т\.

Уменьшение зарядного тока конденсатора С2 приводит к уменьшению тока транзистора VT2, что еще больше увеличивает ток заряда конденсатора С1. В какой-то момент времени заряд конденсатора С2 совсем прекращается и начинается его заряд через транзистор VT1 и сопротивление R2. При этом падение напряжения на резисторе R2 меняет знак и становится запирающим. Это в итоге приводит к запиранию транзистора VT2 и полному отпиранию транзистора VT1.

Для выполнения триггера вовсе не обязательно применять операционный усилитель, в простейшем случае вполне достаточно иметь двухкаскадный усилитель с гальванической связью между каскадами и соединением выхода со входом (т. е. охватом усилителя 100 %-ной положительной обратной связью). Для облегчения узнавания триггера в составе радиоэлектронных схем его принято изображать в симметричном виде ( 85, а), как и в случае симметричного мультивибратора (см. 81, в, г). Однако, если в мультивибраторе межкаскадная связь выполнена на конденсаторах, обеспечивающих два неустойчивых (временных) состояния равновесия, то в триггере связь между каскадами непосредственная. Это приводит к тому, что триггер имеет два устойчивых, независимых от времени состояния равновесия. В принципе триггер — полностью симметричная схема, все элементы которой попарно симметричны. Однако на практике хотя бы один из элементов несколько отличен от ему подобного. Вследствие этого система оказывается несимметричной: через один из транзисторов, например VTI, начинает протекать чуть больший ток, чем через транзистор VT2, и поэтому напряжение коллектор — эмиттер транзистора VT1 оказывается меньше, чем транзистора VT2. Но коллекторы транзисторов соединены перекрестно с базами: коллекторное напряжение одного транзистора подается в отпирающей полярности на базу другого. Поэтому на базу VT2 с коллектора VT1 подается меньшее напряжение, чем на базу VT1 и, следовательно, VT2 отпирается меньше, чем VT1. Это, естественно, приводит к еще большему усугублению несимметрии: ток через VТ1 еще больше возрастает, а через VT2 — еще больше уменьшается. Этот процесс, обусловленный действием положительной обратной связи в системе, протекает очень быстро, лавинообразно, и в конечном итоге приводит к полному отпиранию транзистора VT1 — переводу его в режим насыщения, в котором ток через транзистор максимален, а падение напряжения на участке коллектор — эмиттер минимально и для кремниевых транзисторов не превышает 0,2— 0,3 В. При этом транзистор VT2 оказывается полностью запертым, ибо для того, чтобы через кремниевый транзистор протекал ток, на его базу необходимо подавать напряжение не менее 0,5—

0,6 В, а с коллектора VT1, находящегося в насыщении, подается не более 0,2—0,3. Это положение устойчиво, и из него триггер самопроизвольно выйти не может — необходимо приложить короткий отрицательный импульс запуска ?/вх ( 85, б), который закроет открытый транзистор VT1, что приведет, в свою очередь, к отпиранию транзистора VT2. Очередное переключение возможно только под действием следующего импульса запуска. Обобщенная функциональная схема рассмотренного триггера приведена на 85, в. В этой схеме усилители на транзисторах VT1 и VT2 заменены на эквивалентные им инвертирующие усилители с коэффициентами усиления К. В общем случае триггеры могут быть выполнены на любых усилительных элементах: биполярных или полевых транзисторах, тиристорах, туннельных диодах и т. д., применение которых в каждом конкретном случае может оказаться предпочтительным. Более подробно различные виды триггеров, применяемые в электронике, будут рассмотрены ниже. Практически все виды рассмотренных автоколебательных и заторможенных генераторов выпускаются серийно, в виде соответствующих интегральных микросхем. При этом в буквенном элементе обозначения сочетания означают: ГС — генераторы гармонических сигналов; ГГ — генераторы напряжений прямоугольной формы; ГЛ — генераторы линейно изменяющихся напряжений; ГФ — генераторы напряжений специальной формы; ГМ — генераторы шума; ГП —

Логические элементы ИЛИ. Принципиальная схема двухвходо-вого логического элемента ИЛИ в ТТЛ-исполнении приведена на 98, а. В соответствии с правилами логического сложения, если на входах Л и В действуют сигналы логических 0, переходы база — эмиттер транзисторов VT1 и VT4 открыты и через них протекает ток. При этом, очевидно, через переходы база — коллектор в транзисторах VT1 и VT4 ток не протекает, вследствие чего закрыты транзисторы VT2 и VT3 и на их общем сопротивлении в цепи эмиттеров R2 нет падения напряжения, т.е. выходной сигнал Q соответствует логическому 0. Если на одном из входов А или В действует сигнал положительной полярности, соответствующий логической 1, то происходят запирание перехода база —> эмиттер транзистора VT1 (или VT4) и отпирание перехода база — коллектор. Это приводит к отпиранию транзистора VT2 (или VT3 и появлению на резисторе R2 — на выходе Q —• почти полного напряжения источника питания (за вычетом падения напряжения в несколько десятых долей вольта на полностью открытом транзисторе VT2 или VT3. При подаче сигнала 1 на оба входа Л и б открываются и оба выходных транзистора VT2 и VT3, что приводит к некоторому увеличению напряжения на выходе Q. Таким образом, рассмотренная электронная схема выполняет логическое сложение ИЛИ.

Схема логического элемента И в ТТЛ-варианте исполнения приведена на 100, б. Особенность схемы — использование на входе многоэмиттерного транзистора VT1. Если на оба входа А и В поданы напряжения логического 0, то открыты оба перехода база—эмиттер транзистора VT1 и ток проходит только через них, не ответвляясь в переход база—коллектор. Вследствие этого транзистор VT2 закрыт и на выходе Q действует нулевое напряжение. Если на один из входов подается положительное напряжение логической 1, то соответствующий переход база—эмиттер транзистора VT1 запирается. Однако основной переход база-коллектор не отпирается, ибо конструкция многоэмиттерного транзистора (и режим работы) такова, что ток в цепи база—коллектор может протекать тогда, когда оказываются запертыми все переходы база—эмиттер. Таким образом, только при одновременной подаче на оба входа напряжения логической 1 отпирается переход база—коллектор транзистора VT1, что в свою очередь приводит к отпиранию транзистора VT2 и появлению на выходе напряжения логической 1 в полном соответствии с правилом действия логического элемента И. МОП-вариант схемы логического 216

С приходом запускающего импульса ( 6.62, а) начинается процесс опрокидывания ждущего мультивибратора. Этот процесс включает следующие этапы: этап подготовки, на котором за счет воздействия запускающего импульса u3an(t) уменьшается запирающее напряжение на базе Ti до уровня е0б ь соответствующего отпиранию транзистора; этап рассасывания, в течение которого транзистор Т, работает в активном режиме, его коллекторный ток увеличивается, а напряжение на коллекторе получает положительное приращение, вызывающее, после передачи через конденсатор Ci на базу Т2, вывод этого транзистора из режима насыщения; этап регенерации, в течение

которого оба транзистора работают в активном режиме. На этапе регенерации в схеме действует глубокая положительная обратная связь: увеличение коллекторного тока 7\ приводит к положительному приращению напряжения на его коллекторе; скачок коллекторного напряжения, передаваясь через конденсатор d на базу Т2, вызывает его запирание и уменьшение коллекторного тока; напряжение на коллекторе снижается, получая отрицательное приращение. Передаваясь через цепь RcCz на базу 7\, это приращение напряжения приводит к дальнейшему отпиранию транзистора Тг и увеличению его коллекторного тока. Процесс переключения идет лавинно и завершается насыщением 7\ ч запиранием Т2 ( 6.62,

По мере разрядки конденсатора С ток, протекающий через разрядный элемент, уменьшается до /шнд. При этом начинается лавинообразный процесс выключения транзисторов, завершающийся их запиранием. После запирания транзистора 7\ стабилитрон Д3 также выключается, что приводит к отпиранию транзистора Т3. Разряженный