Рассасывание избыточного

В момент переключения импульсного диода с прямого включения на обратное наблюдается большой обратный ток, вызываемый тем, что неосновные носители заряда, инжектируемые в базу, возвращаются в эмиттер через p-n-переход или частично рекомбинируют на базе ( 3.11). В связи с этим для импульсных диодов вводят как один из основных параметров время tg, в течение которого происходит рассасывание избыточных неосновных носителей заряда в базе, называемое временем восстановления

точных носителей заряда в базах. Выключение тиристора производят: разрывом цепи анодного тока или уменьшением тока до /ВЫкл (исчезновение избыточных носителей происходит вследствие их рекомбинации) ; изменением полярности анодного напряжения (рассасывание избыточных носителей ускоряется переходным обратным током); подачей запирающего (обратного) напряжения на управляющий электрод (такой способ выключения связан с особенностями конструкции тиристора и предусмотрен только у запираемых триодных тиристоров).

на аноде тиристора должно сохраняться отрицательное напряжение ио отношению к катоду. За это время происходит рассасывание избыточных носителей в базах и восстанавливается запирающая способность управляющего электрода.

Рассасывание избыточных носителей в базах тиристора-диода происходит, во-первых, как обычно, за счет рекомбинации, и, во-вторых, — это особенность прибора — в результате выноса носителей из базы токами im через эмиттерную шунтировку ( 3.77, а).

В импульсных схемах при отпирании и запирании ключевого элемента происходят переходные процессы, продолжительность которых определяет быстродействие ключевого элемента. Переходный процесс при отпирании полупроводникового ключа можно разбить на две стадии: формирование фронта выходного импульса и формирование плоской вершины. При запирании ключа также различают две стадии: рассасывание избыточных носителей, накопленных у р-п переходов, и формирование среза выходного импульса.

При запирании диода начинается рассасывание избыточных носителей, накопленных в базе. По мере уменьшения заряда в базе уменьшается и напряжение на переходе. Но пока переход смещен в прямом направлении, ток диода определяется параметрами внешней цепи. Время, в течение которого завершается рассасывание носителей, накопленных у перехода, определяется формулой

При подаче запирающего тока /62 = — 2 мА начинается рассасывание избыточных носителей из базы 77. В соответствии с формулой (2.22) рассасывание носителей завершается за время

Далее начинается формирование плоской вершины импульса. На этом этапе происходит накопление носителей в базе, но затем, по мере уменьшения тока базы, накопление прекращается и начинается рассасывание избыточных носителей. Наконец, в момент времени tt транзистор выходит из области насыщения, восстанавливаются его усилительные свойства и начинается формирование среза импульса. К этому моменту укорачивающий конденсатор успевает зарядиться настолько, что напряжение на нем почти полностью компенсирует действие входного сигнала. При этом величина тока в основном определяется напряжением источника смещения, которое стремится запереть транзистор. Таким образом, длительность выходного импульса практически определяется продолжительностью нахождения транзистора в области насыщения. Это время рассчитывается из уравнения для заряда избыточных носителей в базе, накопленных непосредственно у коллекторного перехода.

Индуктивность первичной обмотки входного трансформатора LJBX необходимо выбрать так, чтобы в течение воздействия входного импульса не было заметного увеличения тока намагничивания /м вт, который ослабляет действие входного импульса, а после прекращения его ускоряет рассасывание избыточных носителей. Уменьшение базового тока, т. е. тока вторичной обмотки, как известно, можно оценить по приближенной формуле

базовый ток уменьшается не более, чем на (5— 2)%, что, разумеется, не может заметно сказаться на величине избыточного заряда, накапливаемого в базе за время tK. После окончания импульса появляется выброс тока с амплитудой А/б зав « б/б т, который может заметно ускорить рассасывание избыточных носителей. Пока транзистор находится в области насыщения, этот выброс спадает с постоянной времени

Как видно из последнего соотношения при заданной мощности нагрузки /вых т^вых т. ТОК коллектора /„ н при работетранзистора в области насыщения в трансформаторной схеме уменьшается с увеличением напряжения питания ?„. При высоких напряжениях ?„ можно выбрать коэффициент трансформации /гвых большей величины и тем самым уменьшить ток насыщения коллектора /„ „. При этом замедляется рассасывание избыточных носителей и возрастает длительность плоской вершины выходного импульса.

В течение времени ? сг (4, 4)- На данном этапе сердечник перемагничен в состояние 0. Транзистор находится в состоянии насыщения. Протекает обратный ток базы, ускоряющий рассасывание избыточного заряда в базе. Обозначим t' = t — ta, A/3 = tp — — t* — ta. При этом

4. Выключение (запирание) ТК. При изм-енении входного сигнала скачком от -\-Е0 до — ?0 процесс запирания ТК происходит в два этапа: рассасывание избыточного заряда и формирование среза выходного сигнала. Изменившийся ток базы отсасывает .носители до тех пор, пока избыточный заряд в базе1 не исчезнет. В течение времени рассасывания tpIK.H, UK_U остаются неизменными. Время tp зависит от глубины насыщения N и уменьшается с увеличением запирающего входного сигнала.. По окончании процесса рассасывания ТК переходит в активный режим, а коллекторный переход закрывается, начинается формирование среза выходного сигнала. Уменьшение iK(t) идет довольно быстро с постоянной времени 6ь При рассасывании заряда у эмиттерного перехода транзистор закрывается и ТК

продолжает увеличиваться, однако транзистор при этом переходит в режим насыщения. Разность Q — Qrp = Qaa0 называют избыточным зарядом базы. Чем больше избыточный заряд, тем сильнее насыщен транзистор. Как будет показано далее, рассасывание избыточного заряда в базе является одним из явлений, обусловливающих инерционность транзистора при его выключении.

Далее входное напряжение uBX(t) снова скачком изменяется от — Е! до +EI (см. 3.85, а). В силу большого накопления избыточного заряда неосновных носителей в базе транзистор первое время после изменения входного напряжения остается насыщенным и потому проводящим. По закону Ома входной ток i$(t) = «Вх(0/#б примет значение — Ei/R6, Так как этот ток теперь является втекающим, изменившим направление, то на графике базового тока (см. 3.85, б) он имеет отрицательное значение. Запирающий базовый ток — EJR^ начинает рассасывание избыточного заряда в базе транзистора. Степень насыщения транзистора уменьшается. На графике коллекторного тока (см. 3.85, г) процесс рассасывания можно отобразить

шающем /к доп в том интервале времени, когда после прихода входного импульса транзистор Г2 включился, а транзистор 7\ еще не вышел из насыщения и происходит рассасывание избыточного заряда в его базе. Для выбора гг можно использовать соотношение

б) меньшей емкости ускоряющих конденсаторов в триггере, что способствует сокращению длительности фронта отрицательного скачка напряжения на коллекторе и улучшению быстродействия триггера. При использовании такой цепи рассасывание избыточного заряда в базе насыщенного транзистора производится с помощью внешнего запускающего импульса.

В схеме же, соответствующей соединению с, запускающий импульс включает запертый транзистор, а рассасывание избыточного заряда на базе насыщенного транзистора производится за счет напряжения, имеющегося на ускоряющем конденсаторе С2. Для быстрого рассасывания емкость конденсатора должна быть значительной, а накопленный "ею заряд должен быть не меньше, чем избыточный заряд дырок в базе транзистора.

денсатор Cj передается на базу транзистора 7\, находящегося в режиме насыщения, вызывает рассасывание избыточного заряда дырок и создает условия для нового лавинного переключения транзисторов триггера. После переключения запертым вновь оказывается диод Д2, и новый запускающий импульс поступает на триггер через диод Д4. Каждый запускающий импульс вызывает изменение состояния триггера на обратное: Qn+i = Qn-

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

Некоторые преимущества имеет схема запуска положительными импульсами, соответствующая соединению d, так как требует: а) меньшей- энергии запускающего импульса. Ток запуска течет через базу 7\ до тех пор, пока транзистор находится в режиме насыщения. После выхода транзистора из этого режима, и особенно после запирания транзистора, его входное сопротивление резко повышается, и потребление тока от генератора Г станет очень малым. Заметим, что схема, соответствующая соединению с, потребляет ток эт генератора /' в течение" всей длительности запускающего импульса, так как этот импульс вызывает насыщение транзистора. После переключения генератор работает на малое входное сопротивление насыщенного транзистора 7\; б) меньшего значения емкости ускоряющих конденсаторов в триггере, что способствует сокращению длительности фронта отрицательного скачка напряжения на коллекторе и улучшению быстродействия триггера. При использовании такой цепи запуска рассасывание избыточного заряда в базе насыщенного транзистора производится с помощью внешнего запускающего импульса.

В схеме же, соответствующей соединению с, запускающий импульс включает запертый транзистор, а рассасывание избыточного заряда на базе насыщенного транзистора производится за счет напряжения, имеющегося на ускоряющем конденсаторе С2. Для быстрого рассасывания емкость конденсатора должна быть значительной и накопленный ею заряд должен быть не меньше, чем избыточный заряд дырок в базе транзистора.