Рассасывания накопленного

определяется в основном статической мощностью. Дальнейшее понижение частоты не приводит к ее изменению. Быстродействие схем с непосредственными связями на БТ определяется временем зарядки паразитных емкостей и временем рассасывания избыточного заряда неосновных носителей, накапливаемого в эмиттерной, базовой и коллекторной областях БТ. При этом время, необходимое для рассасывания избыточного заряда, больше времени зарядки паразитных емкостей. В этом заключается основной недостаток данных схем, обусловленный работой БТ в режиме насыщения. Противоречие заключается в том, что для уменьшения времени задержки переключения необходимо увеличить уровни рабочих токов, при росте которых увеличивается время задержки, связанное с накоплением избыточных зарядов неосновных носителей. Среди схем с непосредственными связями на БТ наибольшее распространение получили схемы, базовые элементы которых соответствуют обобщенной структурной схеме, приведенной на 1.2. Существует возможность построения базовых элементов в соответствии с обобщенной структурной схемой 1.5. По аналогии со схемами на комплементарных МДП-транзисторах в качестве ПЭ можно использовать БТ я-р-л-типа, а в качестве НЭ — БТ /7-л-р-типа. Однако целесообразность такого схемотехнического решения не является очевидной, так как во входных цепях будут протекать токи в стационарных состояниях, поскольку БТ является прибором, управляемым током .

тенциала базы, поэтому ДШ смещается в обратном направлении и не влияет на работу транзисторного ключа. Когда в процессе формирования фронта импульса коллекторного тока (см. 3.29, б) потенциал коллектора снижается и становится меньше потенциала базы, открываются коллекторный переход и ДШ. Поскольку падение напряжения на прямосмещенном ДШ существенно меньше, чем на коллекторном переходе (см. 3.12), большая часть базового тока будет проходить через открытый ДШ. В открытом состоянии падение напряжения на ДШ составляет 0,3— 0,4 В. С приложением прямого напряжения, равного 0,3—0,4 В, к ДШ и коллекторному переходу (см. 3.31) плотность тока в коллекторном переходе будет на три порядка меньше, чем плотность тока в ДШ (см. 3.13). При таком различии в значениях прямых токов в ДШ и коллекторном переходе можно считать, что последний практически заперт, поэтому в транзисторе исключен режим двойной инжекции (насыщения). Соответственно будут сведены к минимуму процесс рассасывания избыточного заряда и задержка среза импульса.

Очевидно, время нарастания тем меньше, чем меньше тбт и /Кна<:, а также чем больше Д/Б1 и р6т. В режиме насыщения в базе и коллекторной области накапливаются избыточные заряды неосновных носителей в течение времени /нак = (3.. .5)ти, где ти постоянная времени коэффициента передачи тока базы при инверсном включении. При этом в базе накапливается заряд д(ги) = тиД/Б1. После окончания входного насыщающего импульса тока базы А/Б1 длительностью 'и>'ф+'нак и подачи запирающего импульса ток коллектора начинает изменяться через некоторое время, необходимое для рассасывания избыточного заряда. Время рассасывания гр определяется как интервал между моментом подачи на базу насыщенного транзистора запирающего импульса и моментом, когда напряжение на коллекторе достигает уровня 0,ШП. Рассасывание неравновесных носителей производится в основном за счет поверхностной и объемной рекомбинаций. Ток базы при этом может значительно превышать свое значение в режиме отсечки.

рассасывания избыточного заряда в области базы транзистора и малое время восстановления обратного сопротивления диода.

Наименьшее среднее время задержки имеют ИМС с объединенными эмиттерами, поскольку транзисторы в них работают в активном режиме, когда процесс накопления и рассасывания избыточного заряда отсутствует, а логический сигнал минимален.

шк2/шба сердечник трансформатора Тр2 до насыщения сердечника Tpl практически не перемагничивается. Начиная с момента 4. ток в цепи базы обусловлен перемагничиванием сердечника трансформатора Тр 2. Намагничивание его осуществляется током i'K = /к „ в обмотке шк2. Напряжение иг = ?/2 ср определяет скорость увеличения потока Ф2. Соответственно увеличивается м. д. с. Fz в сердечнике трансформатора Тр2. Вследствие этого уменьшается ток базы 16. В момент tt ток базы становится равным нулю. Начинается этап рассасывания избыточного заряда неосновных носителей в базе транзистора. При этом протекает обратный ток базы, обусловленный напряжением ыд + ыд. „.

В систему уравнений входят следующие неизвестные величины: WBX, Wf,, Rul, АФ, /р, /с„. Время рассасывания избыточного заряда неосновных носителей /р увеличивает длительность выходного импульса по отношению к длительности входного импульса: tp = tH — ^и.вх=1.7 — 1,5 = 0,2 икс.

Задержка выключения ТК из-за рассасывания избыточного заряда снижает быстродействие импульсных схем, построенных на основе ТК. Задержка тем выше, чем больше глубина насыщения ТК, а значит, и величина избыточного заряда. Эту задержку можно устранить, если ТК во включенном состоянии будет находиться не в режиме насыщения, а в активном режиме, на границе с насыщением.

Средняя задержка определяется временем перезарядки паразитных емкостей, отсчитываемых относительно общей шины: базы входного транзистора Сб1, базы выходного транзистора Со2 и коллектора этого транзистора Сн (емкость нагрузки). Включение соответствующих конденсаторов показано на 7.7. Емкость С61 складывается из усредненных барьерных емкостей эмиттерных переходов входного транзистора, паразитных емкостей металлического соединения и резистора R1. Емкость Сб2 учитывает барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов выходного транзистора, паразитную емкость металлического соединения и емкость коллектор-подложка входного транзистора. Емкость Сн состоит из паразитных емкостей коллектор-подложка выходного транзистора, резистора R2, соединительных проводников и входных емкостей элементов-нагрузок. Кроме того, средняя задержка зависит от времени рассасывания избыточного заряда в выходном транзисторе.

Аналогично работает схема на транзисторе ( 10.18). В исходном состоянии транзистор открыт и насыщен, поэтому напряжение на конденсаторе С практически равно нулю. При подаче на вход положительного прямоугольного импульса уменьшение коллекторного тока будет происходить с задержкой, которая определяется временем рассасывания избыточного заряда в базе. Это несколько искажает начальный участок экспоненциально изменяющегося напряжения на конденсаторе мс. После окончания импульса транзистор открывается и конденсатор быстро разряжается через него. В конце разряда конденсатора, когда напряжение на нем становится близким к нулю, транзистор вновь входит в режим насыщения.

При подаче запирающего импульса базового тока /62 коллекторный ток и напряжение на коллекторе в течение некоторого времени не изменяются, и транзистор остается полностью открытым. Это связано с тем, что базовая область транзистора насыщена, т. е. в ней накоплен избыточный заряд дырок, смещающий эмиттерный и коллекторный переходы в прямом направлении. Только после рассасывания избыточного заряда дырок за счет отрицательного базового тока транзистор входит в активный режим, и ток коллектора начинает уменьшаться, а напряжение на коллекторе возрастать. Время, в течение которого происходит рассасывание избыточного заряда дырок, называемое временем рассасывания tv ( 7.9,6), прямо пропорционально степени насыщения 5. Для уменьшения ^р степень насыщения обычно берут не более 2ч-3. На 7.9, б показано, что процесс рассасывания представляется изменением тока (заряда) от величины p/ei до /кн. Это изменение происходит по экспоненциальному закону с постоянной времени TI, которая определяется в режиме инверсного включения транзистора. При инверсном включении коллектор выполняет роль эмиттера, а эмиттер — роль коллектора. Количественно время рассасывания определяется из выражения

Этапы переходного процесса при идеализированной форме сигнала изображены на 2А. Допустим, что на вход закрытого ключа подан ток включения /ш, а в момент времени /-ток /щ. В процессе нарастания коллекторного тока и спада напряжения г/эк можно выделить четыре этапа: задержка включения т фронт включения тф, задержка выключения т.1 и фронт выключеният*. Наличие задержки включения т3 объясняется тем, что эффективная инжекция из эмиттера в базу начинается только после того, как напряжение на переходе эмиттер - база Д°стигло "0Р°г;е°т°и_ рания. Фронт включения тф определяется процессами изменения концентрации подвижных носителей в базе и барьерной емкостью коллекторного перехода; задержка процесса выклю*е"и* ?.~ временем рассасывания накопленного избыточного заряда, фронт выключения тф-временем рассасывания активного заряда неосновных носителей в базе и повышением напряжения на коллекторном переходе.

Схема измерения максимального импульсного напряжения и времени восстановления обратного сопротивления диода показана на 2.24,а. Для измерения времени переключения диода можно использовать схему, показанную на 2.24,6. Ток, протекающий во внешней цепи за счет рассасывания накопленного заряда, и является искомым при известном периоде повторения импульса и условиях:

значительное время рассасывания 'накопленного в базе заряда при переходе транзистора из открытого состояния в закрытое. Если рабочая точка открытого транзистора будет расположена, на пологом участке семейства характеристик (точки О' и О"), то время рассасывания заряда и, следовательно, время перехода мультивибратора из одного состояния в другое будут меньше, но нестабильность работы схемы возрастет. Для получения положительного напряжения Ыб.э, обеспечивающего режим насыщения, резистор Re следует выбирать небольшим. Определим максимально допустимую величину этого резистора Rmsai. Когда рабочая точка находится на пологом участке коллекторной характеристики, то величины токов коллектора и базы, согласно (3.29), связаны соотношением

Рассмотрим переходный процесс переключения диода из прямого направления в обратное. Допустим, что на входе схемы 1.26 напряжение генератора импульсов меняется от значения ?, до отрицательного значения —Е2 в момент времени ^ = ^( 1.27, а), а ток через р-п переход меняется от значения Л до значения —/2«—?2/^ на значение Д/=/1+/2. С момента времени t\ начинается этап рассасывания накопленного заряда дырок в базе. Уменьшение концентрации дырок в базе происходит из-за

Используя для построения компаратора обычные ОУ без ОС, независимо от их быстродействия трудно получить время восстановления меньше 1 мкс, причем основной его составляющей будет время задержки. Объясняется это тем, что в режиме перегрузки, нормальном для компаратора, как правило, насыщаются транзисторы усилительных каскадов ОУ. Поэтому после снятия перегрузки требуется значительное время для рассасывания накопленного в базах транзисторов заряда. Это является основной причиной разработки специализированных интегральных компараторов напряжения с временем восстановления менее 100 не.

На 30.10 5 приведена схема простейшего однофазного выпрямителя с емкостным фильтром, используемая в однотактных импульсных преобразователях. Если на входе такого выпрямителя действует прямоугольное импульсное напряжение с длительностью фронтов ?ф, то в установившемся режиме форма тока в диоде будет иметь вид, показанный на 30.10 в. Диод VD отпирается, когда входное напряжение становится равным напряжению UH на нагрузке. Ток в диоде нарастает почти линейно и имеет выброс, связанный с зарядом емкости Сф. После этого ток в диоде равен току нагрузки, а на конденсаторе Сф поддерживается практически постоянное напряжение UH. В момент времени t3 входное напряжение UBX начинает снижаться, одновременно начинает снижаться и ток диода /д. Когда напряжение на входе становится равным напряжению на нагрузке, ток диода становится равным нулю. После этого полярность напряжения на диоде меняется на противоположную и начинается процесс рассасывания заряда, накопленного в />-/г-переходе диода. При этом ток в диоде меняет направление. Когда процесс рассасывания накопленного заряда закончится, ток в диоде становится равным нулю. Длительность интервала рассасывания и амплитуда обратного тока диода

1ГГ —время рассасывания накопленного заряда; tq — время выключения; th — время, предоставляемое для выключения (схемное время выключения); ti — момент повторного включения; 1ТМ—прямой ток перед выключением; diTfdt — скорость спада прямого тока; uR — обратное напряжение после переключения; du^dt — скорость нарастания восстанавливающегося прямого напряжения; Uв — установившееся значение прямо* го напряжения

2.27. Изменения во времени токов базы iB, эмиттера iE и коллектора ic транзистора, а также напряжения база — эмиттер uBe при оптимальном процессе выключения транзистора: ts — время рассасывания накопленного заряда (время задержки при выходе из насыщения); it — время спада

1СМ — амплитуда коллекторного типа; ^ВМ\ и ^выч — амплитуды положительного и отрицательного тока базы длительность импульса тока базы; t время включения; td — время задержки; <г — время нарастания; tojf —время выключения; tf — время спада; t, — время рассасывания накопленного заряда

Модуляция сопротивления п -области тиристора инжектированными носителями как со стороны затвора (для нормально закрытых структур), так и со стороны анодного р+-л~-перехода приводит к появлению в данном слое обоих типов носителей. В этом случае процесс выключения структуры будет сопровождаться эффектом коллектирования дырок из гГ-слоя обратносмещенным переходом управляющей сетки. Действительно, в структуре SITh при прямом смещении анодного и обратном — управляющего переходов можно выделить биполярный р-л-р-транзис-тор, соединенный с л-канальным полевым транзистором. При подаче отрицательного напряжения в цепь затвора полевой п-канальный транзистор мгновенно выключается, отсекая базовый вывод р-п-р биполярного прибора Тогда выключение рассматриваемой ячейки индукционного тиристора можно представить как выключение биполярного транзистора с оборванной базой ( 2.59). Динамические характеристики выключения при этом определяются временем жизни дырок в эпитаксиальном п~-слое. Однако чрезмерное уменьшение времени жизни приводит к увеличению остаточных напряжений на открытой структуре. Поэтому оптимальное сочетание коммутационных и статических потерь является актуальным для индукционного тиристора. Эффект коллектирования дырок и рассасывания накопленного заряда всегда сопровождается протеканием относительно большой амплитуды отрицательного тока по цепи затвора тиристора. Для характеристики этого процесса, как и в GTO, используют коэффициент запирания по току. Этот параметр близок к единице для большинства структур SITh. Качественно процесс протекания отрицательного тока в цепи затвора тиристора не отличается от рассмотренного ранее транзисторного варианта, за одним исключением. При очень больших амплитудах этого тока

Возрастание коллекторного тока СТК, обусловленное насыщением сердечника трансформатора ДПН, происходит весьма быстро. Однако от момента формирования сигнала запирания до начала спада коллекторного тока биполярного транзистора проходит время, определяемое скоростью вывода и рассасывания накопленного заряда и составляющее единицы микросекунд. Из-за этой задержки при запирании транзистора коллекторный ток успевает существенно возрасти против порогового значения.

тока насыщения (/нас, 2.4,а). Причиной этого является накопление инжектированных носителей в базе диода. Время спада обратного тока определяется временем рассасывания накопленного заряда за счет вытягивания носителей р—л-переходом и за счет их рекомбинации. Очевидно, эффект накопления будет также проявляться и при смене полярности синусоидального сигнала ( 2.4,6). Поэтому при длительности отрицательного импульса или полупериода колебаний порядка tB диод будет пропускать сигнал отрицательной полярности так же, как и положительной, т. е. выпрямляющие свойства диода исчезают.