RaRa- При ЭТОМ, однако, падает коэффициент передачи K=SRr. В видеоусилителях для сохранения формы импульсов при значительной величине сопротивления используют специальные схемы коррекции (см. § 10-6).

Пригодность лампы для усиления импульсов удобно характеризовать с величиной G=S/Ca.k (табл. 11-2).

Таблица 11-2

Примечание. В таблице С=-.

а.к+с.к

где Cgjj- входная емкость следующего резистив-ного усилительного каскада, использующего лампу того же типа.

Из приведенных соотношений следует,

что /С/<ф.а=0,45О или <ф.а=2,2--. Таким

образом, увеличение крутизны фронта при заданном коэффициенте усиления или увеличение коэффициента усиления при заданной крутизне фронта может быть достигнуто только увеличением G.

Ключевой режим транзисторов

Наибольшее распространение в импульсной технике нашла схема с общим эмиттером. При работе в ключевом режиме транзистор переходит от запертого состояния к насыщенному и обратно. В отличне от электронной лампы транзистор в насыщенном состоянии имеет небольшое входное сопротивление и базовая цепь потребляет от предшествующего каскада заметную энергию. Поэтому управление транзисторами производится входным током; соответственно выходные характеристики (к, и транзистора (рис. 11-28, а) строятся обычно для различных постоянных значений тока базы te.

Запирание транзистора достигается подачей на его базу обратного смещающего напряжения Еб, положительного относительно эмиттера для транзистора типа р-п-р (рис. 11-28,6) и отрицательного для транзистора типа п-р-п. Оба перехода при этом заперты. Токи, протекающие в цепях электродов транзистора в режиме запирания, называют обратными. Обратные токи Iqq. I.q, транзистора, включенного по схеме на рис. 11-28,6, несколько отличаются от обратных токов /бо, /ко, /эо изолированных р-п переходов, когда соответствующие внешние пени коллектора и эмиттера разомкнуты (значения этих токов обычно приводятся в Спра-

р-п-р

Рис. 11-28. Ключевой режим транзисторов.

а - выходные (коллекторные) характерястнки; б -схема подачи запирающего напряжения;/gj ко sO ~ токи транзистора в запертом состоя-иин; Ig, if. токи в рабочем режиме усиления коллектора: в - характеристики базовой цепи в запертом состоянии; г -временийя диаграмма тока базы и коллектора.

вочниках). Для приближенных расчетов их, однако, можно полагать одинаковыми:

Токи /бо и /ее отличаются от прямых токов 1б и (в не только величиной, но и направлением (рис. 11-28,6), а ток /ко отличается от it, только величиной.

В запертом состоянии втекающий ток базы (для транзистора типа р-п-р) приблизительно равен обратному току / о коллекторного перехода. Это объясняется тем, что ток /ко, вызванный главным образом тепловой генерацией дырок, зависит только от температуры и не зависит от напряжения на эмиттерном переходе (при ширине базы, значительно меньшей диффузионной длины). Поэтому ток базы остается практически равным величине /ко и при наложении обратного напряжения на эмиттерный переход.

Ввиду этого для транзистора в запертом состоянии можно полагать/эо~0;-/во /ко. (Практически обратный ток базы превышает обратный ток коллектора на доли или единицы процента.)

Зависимость токов транзистора от напряжения база - эмиттер иллюстрируется кривыми на рис. П-28, е. Область, лежащая левее границы А-А, соответствует режиму глубокой отсечки запертого транзистора, когда практически отсутствует зависимость токов от потенциала базы. Отсутствие этой зависимости позволяет рассматривать вход и выход запертого транзистора как генераторы тока: для входа (база - эмиттер) /бо=-/ко, а для выхода (коллектор - эмиттер) /ко.

Напряжение .в на коллекторе запертого транзистора равно:

к.э - Ек - /ко

где Ех - напряжение коллекторного источника;

Rk - сопротивление резистора в цепи коллектора.

Если Rr: невелико (что обычно и выполняется в схемах с транзистором, работающим в ключевом режиме), то /ио/?кС£к и в закрытом состоянии транзистора и.э-Ех.

Следует иметь в виду, что /ко существенно зависит от температуры. Для германиевых транзисторов справедливо приближенное соотношение

/ко(0~(/ко)о2 ,

где (/ко)о - значение / о при температу-. ре to С.

Справа от границы А-А находится область, соответствующая переходу транзистора в активный режим (рис. 11-28, е). С уменьшением потенциала базы ток эмиттера существенно увеличивается и меняет знак, а ток базы вначале остается практически неизменным. С дальнейшим пониже-

нием потенциала базы начинает меняться и ток базы, а при некотором значении этот ток меняет свое направление. При токе базы, равном нулю, транзистор уже не заперт и ток коллектора не равен /ко, а имеет величину (Р-Ы) /ко, где Р - коэффициент усиления тока базы. На характеристиках, изображенных на рис. 28, а, этому току (при 1б=0) соответствует точка М.

Заметим, что потенциал запирания при понижении температуры от -f60 до -60° С меняется от -Ь0,1 до -0,2 в для германиевых транзисторов типа р-п-р. У кремниевых транзисторов потенциал запирания всегда положителен и меняется для того же диапазона температур от 0,35 до 0,65 в.

Для того чтобы транзистор находился в запертом состоянии, цепь базы через резистор Re подключают к источнику напряжения смещения Ев (рис. 11-28,6).

Если сопротивление резистора Re велико, то токи базы и эмиттера могут быть недопустимо большими. На рис 11-28, в изображены две нагрузочные прямые: / - для малого сопротивления, - для большого. При малом сопротивлении транзистор находится в запертом состоянии, а при большом - в области активного режима, хотя цепь транзистора и подключена к источнику положительного смещения Ев. Величину Ев следует выбрать из условия

бб Омакс/?б>

где /б о макс~/ко-

Максимальное значение токов взято с учетом изменения температуры и разброса параметров транзисторов.

Следует иметь в виду, что Ев нельзя выбирать слишком большой из-за возможности пробоя эмиттерного перехода. Для дрейфовых триодов при большом сопротивлении в цепи базы пробой неопасен, так как свойства эмиттерного перехода вновь восстанавливаются.

Насыщение транзистора соответствует открытому состоянию обоих переходов (т. е. в транзисторе типа п-р-п Иб.э>0, Ик.б<0, а в транзисторах типа р-п-р Мб.8<0, и .б> >0). Перевод в эту область из активного режима осуществляется путем увеличения тока базы до состояния, при котором ток коллектора достигает максимального значения /к.нас (точка Н, рис. 11-28, а). При этом также увеличивается ток коллектора, а напряжение на коллекторном переходе по абсолютной величине убывает. Точка Н режима насыщения определяется пересечением линии ОК критического режима и нагрузочной прямой (рис. 11-28, а)

к = - jEk + к Rk-

Линия ОК у большинства транзисторов идет весьма круто и почти совпадает с осью ординат. Поэтому практически можно полагать

г IjL. f к.нас ~ п *

что эквивалентно состоянию, когда сопротивление участка эмиттер - коллектор равно нулю.

В режиме насыщения разность потенциалов между любой парой выводов отличается от нуля. Это отличие, как правило, не превосходит 0,1-0,5 в для германиевых и 0,5-1,2 в - для кремниевых транзисторов. Поэтому при достаточно высоких напряжениях питания насыщенный триод практически можно считать точкой с единым потенциалом всех электродов.

Минимальное значение тока базы, необходимое для перевода транзистора в режиме насыщения,

, /к.иас

где Р - коэффициент усиления тока базы. Дифференциальный коэффициент усиления Р тока базы зависит от режима транзистора. Это обстоятельство приводит к необходимости использования для расчетов в режиме насыщения некоторого среднего коэффициента усиления тока базы р, определяемого как отнощение тока коллектора к току базы при достаточно малом коллекторном напряжении и при больших токах - порядка рабочих токов ключа. В справочниках иногда приводятся параметры транзисторов в режиме переключения. При отсутствии таких данных можно принять значение р, на 30-40% меньшее, чем при нормальном усилительном режиме.

Для работы в режиме насыщения ток базы te должен быть по абсолютной величине больше /б.нас- Степень насыщения транзистора характеризуется коэффициентом насыщения s:

граничная частота коэффициента передачи тока базы.

б.нас

причем на границе насыщения s=l. Из-за большого разброса параметра р для разных экземпляров транзистора, а также с целью уменьшения влияния температурных изменений в ключевых каскадах обычно вводят определенный запас по насыщению. При этом, однако, следует учитывать, что увеличение запаса хотя и дает повышение стабильности выходных параметров ключевой схемы, но приводит к снижению быстродействия схемы, поскольку для вывода транзистора из насыщения требуется некоторое время, тем большее, чем больше s.

Важным показателем ключевого каскада является время его включения и выключения. Полупроводниковый триод в отличие от электронной лампы обладает заметной инерционностью. При подаче в базу запертого транзистора перепада тока Д/е ток коллектора изменяется по экспоненте

,(,-rv).

гк=рд/б\1-е 1, (11-40) с постоянной времени Тр= l/2nfp, где -

fa - граничная частота коэффициента а передачи тока эмиттера; р-среднее значение коэффициента передачи тока базы.

Если установившееся значение тока коллектора 1к.уст=/к, определяемое этой формулой, превышает величину / .нас то после достижения коллекторным током величины /к.нас дальнейшего изменения тока коллектора не происходит.

Длительность фронта импульса коллекторного тока определяется в этом случае моментом достижения коллекторным током значения / .нас (рис 11-28, г):

/к.аас = РД/б11-е

рд/б

РД/б -к.нас

Если рд/б / к.нас* ТО

Тя 1П-

рд/б

/к.яас ljs

рд/б ~ ~

(11-41)

Таким образом, длительность переходного процесса нарастания коллекторного тока тем меньше, чем больше коэффициент насыщения, при йотором работает транзисторный каскад.

Приведенные формулы не учитывают емкости коллекторного перехода Ск, а также паразитных емкостей.

С учетом влияния Ск длительность фронта можно приближенно оценить по формуле

; cfp+p/?,cj-i-. (11:42)

Переход из области насыщения в область отсечки имеет два этапа

а) рассасывание носителей из области базы, когда коллекторный ток не -меняется и остается равным /к.нас;

б) спад тока до значения /ко-

Время 3 рассасывания, носителей вызывает задержку (рис. 11-28, г) процесса запирания ключевой схемы:

= т In --.-, (11-43)

Р/б.п--(5- 1)/к.нас