- •Ключевые схемы на биполярных транзисторах.
- •Особенности работы биполярного транзистора в ключевом режиме. Факторы влияющие на быстродействие и способы повышения быстродействия .
- •Ключи на полевых транзисторах. Особенности работы и отличие ключей на биполярных транзисторах. Способы повышения быстродействия . Общие сведения об электронных ключах
- •Схемы электронных ключей на полевых транзисторах
- •Принцип действия электронных ключей
- •Понятие цифровой схемотехники. Отличие от аналоговой. Логические уровни. Активные уровни. Коэффициент развитления по выходу.
- •Классификация входов и выходов цифровых элементов и их условное обозначение.
- •6. Основные особенности кмоп ттл эсл.
- •7. Элемент и, таблица истинности. Элемент и-не, таблица истинности
- •8 Элемент или, таблица истинности. Элемент или-не, таблица истинности
- •9. Исключающее или , элемент не.
- •10. Классификация триггеров. D-триггер и его таблица.
- •11. Классификация триггеров. Rs- триггер и его таблица
- •12. Классификация триггеров. Jk-триггер
- •13. Комбинационные схемы. Мультиплексор . 4 в 1 пример
- •14. Дешифратор. Объяснить 2 в 4 (или таблица)
- •15. Демультиплексор 1 в 4(таблица объяснить)
- •16. Классификация счетчиков.
- •17. Счетчик с последовательным переносом и его особенности
- •18. Счетчик с параллельным переносом и его особенности
- •19. Классификация регистров.
- •20. Параллельный регистр (пример 4 разрядного регистра на d-триггере)
- •21. Сдвигающий регистр. (Пример 4 разрядного регистра на d-триггере).
- •22. Сумматоры. Параллельного.
- •24. Алу назначение. Обозначение в общем виде, входные и выходные сигналы.
- •25. Ацп считывание. Особенности, интерфейсы точность
- •26. Цап. Интерфейсы, точность, разрядность.
- •27. Генераторы аналогических элементов
- •28. Триггер шмита (назначение обозначение)
- •29. Цифровой компаратор назначение отличие от аналоговой
Ключевые схемы на биполярных транзисторах.
Особенности работы биполярного транзистора в ключевом режиме. Факторы влияющие на быстродействие и способы повышения быстродействия .
Статический режим:
Ключевая cxема в статическом режиме описывается статической передаточной
характеристикой Uвых = f(Uвх)
Область отсечки
При входном напряжении Uвх отрицательной полярности (Uвх < 0) эмиттерный переход
смещен в обратном направлении, транзистор работает в области отсечки (разомкнутое
состояние ключа), ток в коллекторной цепи очень мал (Iкбо порядка 10 мкА), а
напряжение
Uвых = Eк - Iкбо Rк ~ Eк (1)
близко к напряжению питания Ек.
Активная область
Когда напряжение на базе станет положительным и равным напряжению отпирания
транзистора Uотп, эмиттерный переход открывается и транзистор переходит в активную
область. Выходное напряжение определяется соотношением
UВЫХ=Ек–Iк*Rк=Ек–B*Iботп*Rк, (2)
где В - коэффициент усиления базового тока, а
Iботп = (Uвх – Uотп) / Rб (3)
отпирающий базовый ток.
Область насыщения
При достаточно большом положительном напряжении Uвх, когда выполняется условие
насыщения транзистора
В*Iботп ≥Iкн, (4)
транзистор входит в режим насыщения (режим двойной инжекции), что соответствует
замкнутому состоянию ключа. В режиме насыщения напряжение на коллекторе
транзистора мало (Uост = 0,05..0,1 В), а ток насыщения коллектора определяется
формулой
Iкн = (Eк – Uост) / Rк ≈Eк / Rк (5)
Чтобы транзистор не выходил из режима насыщения при изменении его параметров,
неравенство (4) должно быть достаточно сильным. Для количественной оценки силы
неравенства (4) вводят параметр S - степень насыщения
S = (B*Iботп) / Iкн . (6)
Значение S = 1 соответствует границе между режимами насыщения и активным. Базовый
ток, соответствующий границе насыщения
Iбгр = Iкн / B . (7)
На границе насыщения напряжение на коллекторном переходе транзистора Uбк = 0; при S
> 1 коллекторный переход смещается в прямом направлении (Uбк > 0).
Переходный режим:
При ступенчатом изменении входного напряжения в схеме ключа происходят переходные
процессы, которые характеризуются следующими временными интервалами:
tз - задержка фронта;
tфp - время фронта,
tн - время накопления избыточного заряда;
tp - время рассасывания избыточного заряда;
tcp - время среза.
Временные диаграммы токов и напряжений в ключе при ступенчатом изменении
входного сигнала показаны ниже
Задержка фронта. Задержка фронта обусловлена зарядом входной емкости запертого
транзистора Свх до напряжения отпирания Uотп. Время задержки фронта определяется
следующим выражением
tз = Свх*Rб*ln( (E1 + E2)/(E2 – Uотп) ) , (8)
где входная емкость Свх равна сумме барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного
переходов транзистора:
Свх = Сэ + Ск(э) . (9)
Формирование фронта. На этапе формирования фронта транзистор работает в активном
режиме. В базовой цепи протекает отпирающий ток Iботп, а ток коллектора
экспоненциально нарастает
Iк(t)=B*Iботп*( 1 – exp(-t/в) ) , (10)
где в - эквивалентная постоянная времени, характеризующая скорость нарастания
коллекторного тока.
в = + к
- время жизни неосновных носителей в базе;
к = Ск(э)*Rк - постоянная времени коллекторной цепи транзистора, включенного по
схеме с ОЭ.
Формирование фронта заканчивается, когда ток коллектора достигает значения Iкн.
Длительность фронта выражается следующим образом:
tфр = в*ln( B*Iботп / (B* Iботп – Iкн) ) . (11)
Накопление избыточного заряда. В конце этапа формирования фронта транзистор
оказывается на границе области насыщения. После этого начинается процесс накопления
избыточного заряда в базовом и коллекторном слоях транзистора. Поскольку внешние то-
ки транзистора на данном этапе практически не изменяются, заряд накапливается
благодаря термогенерации носителей, следовательно, скорость накопления определяется
средним временем жизни носителей в базовом и коллекторном слоях ср. Процесс
накопления заряда заканчивается через время tн= 3*ср, которое называют временем
накопления, при достижении величины заряда Q = Iботп*ср.
Рассасывание избыточного заряда. При переключении входного напряжения от значения
Е2 до значения - Е1, заряд, накопленный в базовом и коллекторном слоях, не может
измениться скачком, следовательно, не изменятся мгновенно и напряжения на
эмиттерном и коллекторном переходах. В момент переключения входного сигнала на
обоих переходах сохраняются прямые смещения, близкие к напряжению отпирания
Uотп. Ток базы изменит направление и примет значение
Iбобр = ( - E1 – Uотп) / Rб . (12)
Скачок базового тока от значения Iботп до Iбобр (обратный базовый ток) вызывает
рассасывание заряда со скоростью, определяемой постоянной времени ср. На этапе
рассасывания заряда ток коллектора и напряжение на коллекторе не меняются. Оконча-
ние этапа рассасывания характеризуется тем, что концентрация избыточных носителей
на границе базы с коллектором падает до нуля и на коллекторном переходе
восстанавливается обратное напряжение (Uбк < 0). После этого начинают уменьшаться
коллекторные ток и напряжение. Длительность стадии рассасывания определяется
выражением:
tр = ср*ln( (Iботп – Iбобр) / (Iбгр – Iбобр) ) . (13)
Формирование среза. По окончании этапа рассасывания начинается стадия
формирования среза (tcp), которая заканчивается запиранием транзистора. При малых
запирающих токах длительность стадии среза определяется формулой:
tcp=в*ln(l + Iбгр / Iбобр) .
Iбобр
При большом значении запирающего тока (Iбобр ≈Iкн) транзистор оказывается в режиме
динамической отсечки, при котором оба перехода смещены в обратном направлении, а в
базе в течение некоторого времени сохраняется остаточный заряд. В этом случае
формирование среза выходного напряжения происходит с постоянной времени отсечки:
отс ≈0,25*tпр + Ск*Rк ,
где tпр - время пролета носителей заряда через базу. Время среза выражается
соотношением
tcp = 2,З*отс .
Уменьшить время переходных процессов удается путем введения в цепь управления
форсирующего конденсатора Суск (рис.4), который позволяет увеличить токи базы Iботп
и Iбобр на короткий промежуток времени, в то время как стационарные токи базы
практически не меняются.