Цифровые ключи на биполярных транзисторах. Схемотехника, принципы работы, параметры и характеристики

1.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Лекция 7
Цифровые ключи на
биполярных транзисторах
Схемотехника, принципы
работы, параметры и
характеристики
Надо много учиться, чтобы знать
хоть немного.
Монтескье
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
1

2.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ключевые схемы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
2

3.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ключ на биполярном транзисторе
(насыщенный)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
IБнас>IК/h21Э =IБгр
qНАС=IБнас/IБгр
3

4.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Начальный участок ВАХ биполярного
транзистора
Iк 0.1IКнас (транзистор
выключен)
Режим пассивного
запирания:
0<UБЭ<UБЭпор
RУ<UБЭпор/IК0
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
4

5.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ключ на биполярном транзисторе
(насыщенный)
URу=RУIК0
UБЭзап=Uзап-IК0RУ
Режим глубокой
отсечки:
UБЭ<0
IБ=-IК0
RУ<Uзап/IК0
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
5

6.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Зависимость тока базы от параметров
транзистора
CЭ(dUБЭ/dt)+CК(dUБК/dt)+dQБ/dt+QБ/ Б=IБ
QБ/ Б – рекомбинационная составляющая
dQБ/dt - составляющая , связанная с
изменением пространственного заряда базы
CЭ(dUБЭ/dt)<<CК(dUБК/dt)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
6

7.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Входная характеристика
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
7

8.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Передаточная характеристика
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
8

9.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Выходная характеристика
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
9

10.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Выходная характеристика
Высокий уровень выходного напряжения
IK=0
IRk=Iвых
Iвых=(Eп-Uвых)/RК
IК=IRк+Iвых
Для низкого уровня выходного напряжения
Iб=IбН
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
10

11.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Диаграммы
включения
транзистора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
11

12.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Процессы включения транзистора
t<t0
t=t0
UБЭ=Uу.зап
Uу=Uу.зап+Uу.нас
Интервал задержки включения (t0-t1) tзад
UБЭ=Uу.нас-(Uу.нас-UБЭзап)е-t/ c
c=(CЭ+CК)Rу
t зад
U у.нас U БЭ.зап
c ln
U у.нас U БЭ.пор
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
12

13.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Процессы включения транзистора
Интервал формирования фронта
коллекторного тока ( t1-t2) tФ
Весна 2016
dQБ/dt+QБ/ Б=Iбнас
QБ (t=t0)=0 Iбнас=IКнас/h21Э
QБ(t)=IБнас Б(1-e-t/ Б) IКнас=QБгр/ Б
Б=h21Э/2 fa
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
I Б.нас
t ф б ln
I Б.нас - I К.нас h 21Э
13

14.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Процессы включения транзистора
Интервал накопления избыточного заряда
в базе (t2-t3)
tнак
QБнас=IБнас нак
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
tнак (2…3) нак
14

15.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Диаграммы
выключения
транзистора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
15

16.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Процессы выключения транзистора
Интервал рассасывания избыточного заряда
базы (t0-t1) tрас
QБнас=IБнас нак
QБгр=IКнас нак/ h21Э
I Б
t рас нак ln
I К.нас
- I Б.зап
h 21Э
IБ=IБнас-IБзап
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
IБзап=(Uзап+UБЭ)/(Rу+rБ)
16

17.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Процессы выключения транзистора
Интервал формирования спада
коллекторного тока (t1-t2) tсп
tСП= Бln(IКнас/h21Э-IБзап)/(-IБзап)
Интервал установления стационарного
закрытого состояния (t2-t3) tуст
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
17

18.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Входной и выходной сигналы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
18

19.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ненасыщенный биполярный ключ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
19

20.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ненасыщенный биполярный ключ
Входная характеристика
UК<UБ
Uвх<UБЭн
UК UБЭн
IБ=IВХ-IОС
UК=UБ-UДпр
UБЭнас UДпр
Uк 0
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
20

21.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ненасыщенный биполярный ключ
Передаточная характеристика
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
21

22.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ненасыщенный биполярный ключ
Выходная характеристика
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
22

23.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Эйнштейн, остриженный "под ноль",
может считаться Эйнштейном только
относительно.
Виктор Шендерович
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
23