1.3.2.Применение нелинейной оос

Главная проблема при повышении быстродействия заключается в невозможности уменьшения до нуля времени рассасывания избыточного заряда.

В ключах с ускоряющим конденсатором степень насыщения к моменту

окончания входного импульса может быть уменьшена, однако с целью стабилизации остаточного напряжения на открытом транзисторе последний должен быть все-таки насыщен с минимальным коэффициентом насыщения.

Наиболее надежным способом предотвратить насыщение транзистора и в то же время обеспечить стабильное состояние открытого ключа является использование нелинейной отрицательной обратной связи.

Э тот способ состоит в том, что между коллектором и базой транзистора включается диод. На рис.17 представлена схема ключа на кремниевом транзисторе с нелинейной ООС. Принцип действия схемы следующий. При отсутствии управляющего импульса потенциал коллектора положителен относительно базы. Диод смещен в обратном направлении и не влияет на режим работы транзистора.

В момент поступления в цепь базы транзистора положительного фронта отпирающего тока диод также остается запертым. В связи с этим процесс отпирания транзистора практически ничем не отличается от аналогичного процесса в насыщенном ключе.

По мере отпирания транзистора напряжение на коллекторе падает, и в какой-то момент времени напряжение на диоде, сменив знак, достигает порогового уровня сигнала диода –U_D. Диод отпирается, и часть входного тока I₁ ответвляется в цепь диода (I_D).

Если прямое падение напряжения на диоде меньше 0,5 В, то коллекторный переход кремниевого транзистора будет оставаться практически запертым, т.к. для его отпирания необходимо напряжение 0,6 В.

Следовательно, исключается режим насыщения, а значит и связанное с этим режимом накопление избыточного заряда. Ключ становится ненасыщенным и более быстродействующим.

В настоящее время в схемах насыщенных ключей в цепи ООС используется диод Шоттки. Диод Шоттки представляет собой переход металл – (обычно аллюминий) – полупроводник. Особенностью диода Шоттки является меньшее прямое падение напряжения, чем в р – n переходе, примерно на 0,2 В, малая емкость перехода, высокое быстродействие (рабочие частоты до 3 – 15 ГГц).

В интегральных схемах диод Шоттки вместе с транзистором составляет единую структуру – транзистор с барьером Шоттки.

Остаточное напряжение на ключе с барьером Шоттки несколько больше, чем в обычное ключе:

U_вых^о = U_бэ0 - U_D = (0,2….0,3) В.

Однако, несмотря на отсутствие насыщения, ключ с барьером Шоттки мало чувствителен к изменению β и I₁ , т.к. остаточное напряжение U_вых^о слабо зависит от этих параметров.

Задержка спада коллекторного тока при выключении в современных транзисторах при работе в ненасыщенном режиме не превышает 0,5 нс.

1.3.3. Выводы.

Повышение быстродействия транзисторного ключа достигается путем применения высокочастотных транзисторов, оптимизации формы управляющего тока, применения нелинейной отрицательной обратной связи.

Ступенчатая форма управляющего тока является оптимальной для достижения наибольшего быстродействия ключа.

Конденсатор, включенный параллельно базовому резистору, позволяет форсировать процесс отпирания и запирания транзистора. Однако при этом ключ остается насыщенным и поэтому выключается с задержкой по отношению к управляющему сигналу.

Нелинейная ООС, организованная с помощью диода Шоттки, позволяет создать ненасыщенный ключ, обладающий наиболее высоким быстродействием в схеме "ОЭ".