Транзисторний ключ на базі npn-транзистору включеного за схемою із спільним емітером з прискорюючим конденсатором та без нього

Приклад зібраної схеми у середовищі MicroCap 9: keyCapacity.cir

Параметри схеми з конденсатором:

Q1 (NPN):

1) Model = BC547;

V1 (Pulse Source):

2) Model = SQUARE.

P1 = 0 [sec];

P2 = 1n [sec];

P3 = 500n [sec];

P4 = 501n [sec];

P5 = 1u [sec];

vone = 5;

vzero = 0;

V2 (Battery)

3) Value = 10 [V]

C1 (Capacitor)

4) Value = 100p [Fa]

Інші параметри схеми вказані на рисунку.

Параметри схеми без конденсатора:

Q2 (NPN):

5) Model = BC547;

V4 (Pulse Source):

6) Modele = SQUARE.

P1 = 0 [sec];

P2 = 1n [sec];

P3 = 500n [sec];

P4 = 501n [sec];

P5 = 1u [sec];

vone = 5;

vzero = 0;

V5 (Battery)

7) Value = 10 [V]

Інші параметри схеми вказані на рисунку.

Результат досліду:

Рисунок 60 – ТК з прискорюючим конденсатором та без нього

V_in1(t), V_out1(t), V_out2(t)

На даному рисунку наведена порівняльна характеристика вихідних сигналів для транзисторних ключів з прискорюючою конденсатором і без нього.

Як видно з графіка, схема з прискорюючим конденсатором забезпечує більшу швидкодію транзисторного ключа (на графіку це видно по тому, що перехід від одного стану ТК до іншого став значно стрімкішим). На нижньому графіку видно, що транзисторний ключ з прискорюючим конденсатором забезпечує форму базового струму близьку до ідеальної.

Розглянемо роботу даної схеми детальніше. У початковий момент часу (коли ще не було керуючого вхідного імпульсу) транзистор буде закритий (це забезпечується невеликим негативним потенціалом від батареї Еb), тобто вихідна напруга буде приблизно дорівнювати Ек. При надходженні сигналу значення струму бази буде визначатися лише резистором Rb4, оскільки в початковий момент часу подачі керуючого імпульсу заряд на конденсаторі дорівнює нулю, резистор Rb1 буде закорочений. Далі в міру того, як конденсатор буде заряджатися, струм бази буде зменшуватися за експоненціальним законом до сталого значення, приблизно рівного U / (Rb4 + Rb1) - Eb/Rb5, але оскільки другий доданок набагато менший першого, ним можна знехтувати. Після припинення подачі імпульсу відбудеться різкий стрибок струму бази у зворотному напрямку (це пов'язано з накопиченням неосновних зарядів в базі), відбудеться перезаряд конденсатора, за рахунок чого закоротиться базовий резистор Rb1, що призведе до більш швидкого закриття транзистора, тобто меншому часу розсмоктування.

Рисунок 61 – Замикання ТК

Для зручності розіб'ємо вісь часу на інтервали. Розглянемо їх по черзі:
0 ¸ t1: Uвх = 0, але через наявність джерела Е1 потенціал бази транзистора від’ємний, а оскільки на емітер подається «плюс» і колектор заземлений, обидва переходу транзистора npn-типу закриті, і напруга емітер-колектор (U вих) велика.

t1 ¸ t2(період часу для схеми при наявності прискорюючого конденсатора): після подачі на вхід схеми напруги позитивної полярності, достатньої для відмикання p-n-переходів (тобто для переміщення робочої точки транзистора в область насичення), транзистор відмикається, але відбувається це не миттєво, а лише через час Dt = t2 - t1, званий тривалістю фронту; Dt буде зменшуватися при збільшенні струму бази, що відмикає транзистор.

t1 ¸ t2^l(період часу для схеми при відсутності прискорюючого конденсатора): як бачимо з графіку, Dt ^l для даного періоду значно більший, ніж Dt для схеми з прискорюючим конденсатором.

t2 ¸ t3 і t2^l ¸ t3: ТК відкритий, напруга на виході схеми дорівнює падінню напруг на відкритих переходах і є невеликою.

t3 ¸ t4(період часу для схеми при наявності прискорюючого конденсатора): при відключенні живлення (Uвх = 0) для розсмоктування надлишкового заряду, який накопичився в базі за час перебування ТК у відкритому стані, необхідно час Dt = t4 - t3 (він буде тим більшим, чим більший струм бази протікав через транзистор); за цей час переходи транзистора закриваються.

t3 ¸ t4^l(період часу для схеми при відсутності прискорюючого конденсатора): як бачимо з графіку, Dt ^l для даного періоду значно більший, ніж Dt для схеми з прискорюючим конденсатором.

t > t4 і t > t4^l: транзистор закритий, і ТК знаходиться в своєму початковому стані.

Зауваження. Стрибок вихідної напруги в момент часу t1 пояснюється наявністю на переходах транзистора паразитних ємностей.