СХЕМЫ КЛЮЧЕЙ С ПОВЫШЕННЫМ БЫСТРОДЕЙСТВИЕМ

Как следует из рас­смотренного выше, быстродействие ключа можно увеличить, пе­реключив его током базы, временная диаграмма которого пред­ставляет на рис. 5-а.

Рис. 5-а.

В момент t₁ для ускорения процесса ключ включается большим током /_Б1, затем в момент времени t₂ ток уменьшается до значения /'_Б1, т. е. транзистор выводится на границу режима насыщения для уменьшения длительности рассасывания. В момент t₃ транзистор запирается большим базо­вым током /_Б2.

Ключ с форсирующей (ускоряющей) емкостью. Форму тока, близкую к оптимальной, можно получить, шунтировав резистор R конденсатором (рис. 5-б).

Рис. 5-б.

При появлении вход­ного напряжения в момент t₁ транзистор начинает открываться.

Рис. 5-в.

Базовый ток транзистора в первый момент замыкается через кон­денсатор, так как последний представляет собой малое сопроти­вление, близкое к короткому замыканию для скачка тока. Вслед­ствие этого в момент /₁ базовый ток имеет большое значение (рис.5-в):

/_Б1 =( и_вх – и_БЭ ) / Ru ,

где Ru — внутреннее сопротивление источника сигнала (например, выходное сопротивление предыдущего ключа); обычно Rи >> R.

Этот ток быстро заряжает барьерные емкости и накапливает заряд в базе транзистора. Благодаря большому току уменьшают­ся длительности задержки и фронта. По мере заряда кон­денсатора ток базы уменьшается до значения /'_Б1 = и_вх / R , определяемого сопротивлением R, ко­торое выбирается из условия насыщения. Благодаря этому к моменту окончания вход­ного импульса в базе накапливается сравнительно небольшой из­быточный заряд.

В момент t₃ окончания входного сигнала конденсатор С разряжает­ся через базу транзистора, создавая большой запирающий ток базы:

/_Б2 = U_C / R_И .

Этот ток ускоряет процессы рассасывания и выключения транзистора.

Емкость С не должна быть слишком малой, иначе длитель­ность всплесков токов будет меньше, чем длительность процессов переключения, которую они уменьшают. При этом про­цесс переключения будет протекать в основном при сравнительно малых токах базы, т. е. не будет ускоряться.

Нельзя выбирать ускоряющий конденсатор и слишком боль­шой емкости, поскольку в этом случае: во-первых, ток базы не ус­пеет уменьшиться до уровня /_Б2 к концу входного импульса и в базе накопится весьма большой избыточный заряд; во-вторых, конденсатор не будет успевать заряжаться до уровня входного импульса к моменту его окончания, процессы рассасывания и включения будут протекать медленнее.

Ключ с нелинейной обратной связью. Обеспе­чить большой базовый ток включения и одновременно уменьшить время рассасывания можно, используя схему ключа с отрицатель­ной обратной связью, в которой не допускается насыщенный режим работы транзистора. Особенно важно это при использовании вы­сокочастотных дрейфовых транзисторов, отличающихся тем, что у них время жизни неосновных носителей в режиме насыщения значительно больше, чем в активном режиме. Схема ненасыщен­ного ключа приведена на рис. 6.

Нелинейная отрицательная об­ратная связь осуществляется через диод VD. Состояние диода опре­деляется полярностью и величиной напряжения, действующим между анодом и катодом диода. В исходном состоя­нии диод закрыт за счет высокого положительного потенциала на катоде. Отрицательная обратная связь не действует.

Рис. 6.

При подаче большого входного сигнала и_вх = U₁, входной ток вначале течет через R₁ и R₂ в базу транзистора, обеспечивая большой ток включения I_Б1. В процессе отпи­рания транзистора напряжение на коллекторе уменьшается от Ек, стремясь к 0, и в тот момент, когда напряжение меж­ду базой и коллектором уменьшаясь достигнет значения, равного падению напряжения от входного тока на R₂, диод VD открывается и часть входного тока будет протекать через диод и коллектор на землю в обход базы. В результате ток базы уменьшается до значения /'_Б1 ≤ /'_{Б нас}, и транзистор не входит в насыщение. Сопротивление R₂ выбирают таким, чтобы падение напряжения на нем за счет тока базы было больше падения напряжения на открытом диоде. В этом случае напряжение между коллектором и базой остается положительным, хотя и небольшой величины, и вхождение тран­зистора в насыщение предотвращается.

При изготовлении ключа методами микроэлектроники в цепи обратной связи иногда используются диоды Шотки, выполненные в едином технологическом процессе с интегральным транзистором также с барьером Шотки. Диод Шотки представляет собой пере­ход металл — полупроводник.

Для работы ключа с нелинейной обратной связью необходимо, чтобы диод, включенный параллельно коллекторному переходу транзистора, открывался при сравнительно малом напряжении, когда коллекторный переход еще закрыт. Это и обеспечивает ди­од с барьером Шотки.

В подобных ключах можно получить очень малые времена вы­ключения, поскольку транзисторы с барьером Шотки имеют, как правило, более высокие значения коэффициента усиления и более низ­кие значения неуправляемых токов.