V. Способы и методы обеззараживания и/или обезвреживания медицинских отходов классов Б и В
VII.2.2) Способы приобретения права собственности.
XII. Способы оплаты труда
Алгоритм. Свойства алгоритма. Способы описания алгоритма. Примеры.
Амортизационная политика как элемент финансовой политики организации: сущность, способы начисления амортизации и влияние на финансовые результаты
Амортизация ОС. Способы
Амортизация основных средств. Объекты, не подлежащие амортизации. Способы начисления амортизационных отчислений.
Ассортимент, способы приготовления и правила подачи, требования к качеству, сроки хранения и реализации блюд из каш
Банковская гарантия и поручительство как способы обеспечения исполнения обязательств.
Для повышения быстродействия ключа используют следующие способы:
1) увеличивают значения входного тока транзистора в промежутки времени, соответствующие его отпиранию и запиранию, что позволяет быстрее заряжать и разряжать емкости переходов транзистора;
2) уменьшают коэффициент насыщения транзистора, что приводит к уменьшению емкостей БТ. Эти способы реализуются в схеме ключа с форсирующей емкостью (рис. 8.6) и схеме ключа с диодом на барьере Шотки (ДБШ) (рис. 8.7) соответственно. При реализации ключей в интегральном исполнении второй способ оказывается более предпочтительным, но при этом растут потери в закрытом состоянии ключа.
В схеме с форсирующей емкостью (см. рис. 8.6) при подаче входного открывающего сигнала сопротивление емкости CФ значительно меньше сопротивления резистора RФ, в связи с этим большой ток заряда емкости приводит к возрастанию тока базы и быстрейшему открыванию транзистора. В открытом состоянии транзистора, когда емкость зарядилась практически до напряжения Uвхm , ток базы уменьшается и его величина определяется сопротивлением последовательно включенных резисторов RГ + RФ. При подаче на вход ключа запирающего напряжения Uвх =0 , к базе транзистора приложено напряжение -Uвхm , обусловленное наличием заряженного конденсатора CФ, что приводит к увеличению токов разряда емкостей транзистора.
Наиболее перспективным способом увеличения быстродействия ключа является применение нелинейной отрицательной обратной связи (см. рис. 8.7). В закрытом состоянии транзистора ДБШ, включенный параллельно коллекторному переходу, также закрыт, поскольку потенциал коллектора выше потенциала базы. Свозрастанием коллекторного тока потенциал коллектора уменьшается, когда напряжения на коллекторе и базе становятся равными, открывается ДБШ, пороговое напряжение которого Uпор = 0 1-0,2 В. Входной ток перераспределяется между базой БТ и ДБШ. Это препятствует дальнейшему росту тока базы и не позволяет входить БТ в режим насыщения, что уменьшает емкости его переходов.
Дата добавления: 2015-02-10 ; просмотров: 32 ; Нарушение авторских прав
Источник
Экзамен микроэлектроника / Лекции / 4. Способы повышения быстродействия ключей
Рассмотрим ряд схемотехнических решений, позволяющих улучшить быстродействие транзисторного ключа.
Включение ускоряющей емкости в цепь базы.
Как было показано ранее – время нарастания фронта зависит от тока базы в момент отпирания ключа. Включение ускоряющей цепочки позволяет сформировать скачок тока базы при подаче отпирающего импульса, который обеспечивает ускоренный перезаряд емкости эмиттерного перехода и накопление заряда неосновных носителей в базе.
Величина емкости выбирается так, чтобы ток базы к моменту подачи запирающего импульса успел уменьшиться до уровня, соответствующего границе насыщения с минимально необходимым запасом.
Заметим, что создаваемое на емкости отрицательное напряжение, как результат протекания отпирающего тока, способствует также и более быстрому выключению транзистора.
Включение дополнительного сопротивления в цепь эмиттер-база.
Дополнительное сопротивление во входной цепи создает контур для тока на этапе рассасывания избыточного заряда в базе, увеличивая, таким образом, скорость выключения ТК. Однако при использовании этого сопротивления напряжение на базе уменьшается с коэффициентом деления . Поэтому этот способ требует повышения напряжения генератора чтобы обеспечить режим насыщения.
Использование нелинейной отрицательной обратной связи. Транзистор Шоттки.
В схеме на рисунке между базой и коллектором БТ включен диод Шоттки, роль которого заключается в следующем. Обладая односторонней проводимостью, этот диод открывается при небольшом прямом напряжении между анодом и катодом, которое для этого типа диода составляет 0,3-0,4В.
В результате отпирания диода создается цепь отрицательной обратной связи, резко уменьшающей коэффициент усиления транзистора по входному току. Это, в свою очередь, уменьшает величину накопленного заряда в базе и время рассасывания. Быстродействие транзисторного ключа повышается.
Очень часто многие быстродействующие транзисторы технологически изготавливают с диодом Шоттки уже на кристалле. Такие транзисторы называют транзисторами Шоттки.
Использование транзисторного переключателя тока.
Структурно схема напоминает дифференциальный усилитель, в эмиттерную цепь которого включен источник тока . Параметры транзисторов и резисторов предполагаются одинаковыми. На один вход ключа подается управляющий сигнал , принимающий два значения: низкое и высокое . На второй вход подается постоянное опорное напряжение величиной , что позволяет при низком уровне входного сигнала обеспечить запирание транзистора и направить весь ток источника в коллекторную цепь .
Потенциалы коллекторов соответственно равны: .
Повышение уровня входного сигнала до величины приводит к отпиранию транзистора и запиранию транзистора . Теперь уже весь ток переходит в коллекторную цепь , снижая потенциал его коллектора до величины .
Повышенное быстродействие схемы объясняется следующими факторами:
— возможностью использования малых значений что способствует быстрой перезарядке емкости коллекторного перехода;
— постоянная времени процесса включения и выключения здесь не , а .
Источник
Способы повышения быстродействия транзисторного ключа
Дата добавления: 2014-11-27 ; просмотров: 12308 ; Нарушение авторских прав
Известные способы повышения быстродействия ключей и интегральных схем на их основе можно условно разделить на две группы — конструктивно-технологические и схемные.
К конструктивно-технологическим способам повышения быстродействия можно отнести:
¾ Использование быстродействующих транзисторов с малыми паразитными емкостями. Это особенно эффективно реализуется в цифровых ИС, выполненных на кристалле с субмикронными технологическими нормами (малые размеры – малые паразитные емкости). При изготовлении транзисторов обычно используют диффузию атомов золота, что существенно снижает время жизни носителей заряда;
¾ Работа в режиме с большими токами коллектора и базы. Большие токи обеспечивают ускоренный заряд и разряд паразитных емкостей;
¾ Уменьшение перепада напряжения между низким и высоким уровнем также способствует сокращению времени перезаряда емкостей. Стандартная логика использует напряжение питания 5 В. Современная логика переходит на напряжение питание 3.3 В и менее. Особенно эта тенденция отчетливо прослеживается в технике микропроцессоров. Напряжение питания вычислительного ядра процессора Pentium уже снизилось до напряжения порядка 1 В. Здесь уместно напомнить, что при уменьшении напряжения питания необходимо принимать комплекс мер (сложных и дорогих), связанных с поддержанием приемлемой помехозащищенности;
Схемотехнические способы повышения быстродействия позволяют при тех же транзисторах реализовать более быстрое переключение за счет схемных решений:
1) Если сравнивать простые схемы ключей, то ключ (рис 2.3а) более быстродействующий, чем 2.2б, так как рассасывание неосновных носителей в базе происходит более эффективно при наличии отрицательного источника смещения.
2) Простое увеличение тока базы (за счет уменьшения Rб) неэффективно. Конечно же, при этом уменьшается время включения транзистора за счет быстрого накопления носителей. Но при этом транзистор попадает в режим глубокого насыщения, накапливается избыточный заряд в базе, растет время рассасывания носителей при запирании транзистора, увеличивается задержка фронта при выключении. Этого можно избежать, используяключ с ускоряющим (форсирующим) конденсатором СУСК (рис 2.5). Подобные схемы широко используются, легко реализуются в ключах на дискретных компонентах.
Рис 2.5. Схема ключа с ускоряющим конденсатором и временные диаграммы его работы
В исходном состоянии при Uвх=Е 0 транзистор заперт, ток Iк
0, конденсатор Суск разряжен.
При подаче входного импульса Uвх=Е 1 конденсатор Суск начинает заряжаться и в первый момент протекает большой ток заряда, равный IБmax=Ег/Rг. В области базы большим током быстро накапливаются неосновные носители, транзистор отпирается. По мере заряда Суск ток уменьшается и когда конденсатор зарядится (полярность показана на рис 2.5), ток базы определяется лишь резисторами в цепи базы удерживается на грани насыщения Iбн. Оптимально будет, если заряд, накопленный в ускоряющей емкости, будет равен граничному заряду неосновных носителей в базе, при котором транзистор войдет в насыщение.
Этому условию соответствует . Величина Суск в реальных случаях составляет тысячи пикофарад.
При появлении на входе сигнала низкого уровня Uвх=Е 0 , к базе транзистора оказывается приложенным отрицательное напряжение на конденсаторе Суск, что вызывает ускоренное рассасывания заряда неосновных носителей и транзистор форсированно закрывается. Иногда для уменьшения времени перезаряда конденсатора включается вспомогательный диод VD.
Этот метод эффективно повышает быстродействие ключа и широко используется в ключах на дискретных компонентах. Однако в интегральной технологии такой способ неприемлем из-за сложности изготовления на кристалле емкости большого номинала.
Повышение быстродействия ключа за счет нелинейной обратной связи
Эффективным способом повышения быстродействия ключа является использование нелинейной обратной связи за счет диода Шоттки, включенном между коллектором и базой транзистора (рис 2.6).
Рис 2.6. Схема ключа с нелинейной обратной связью
а) Ключ с диодом Шоттки; б) Ключ на транзисторе Шоттки
При закрытом ключе напряжение на коллекторе высокое, диод Шоттки обратно смещен и не влияет на состояние ключа. Входной импульс напряжения открывает ключ форсированным током базы (Rб мало), происходит быстрое накопление носителей в базе. Но как только транзистор войдет в насыщение и напряжение Uкэ упадет до (0.2…0.4) В, открывается диод Шоттки и избыточный входной ток, минуя базу транзистора, уходит в коллекторную цепь, вследствие чего транзистор остается на грани насыщения; отсутствует накопление избыточных зарядов в базе, задержка при выключении минимальна.
Диод Шоттки представляет собой контакт металл-полупроводник. Вольтамперная характеристика имеет экспоненциальный вид, как у обычного полупроводникового диода с p-n переходом, но величина «пятки» меньше и составляет (0.2…0.4)В. Благодаря этому фиксации состояния транзистора происходит на грани насыщения. При использовании обычного диода с p-n переходом эффект повышения быстродействия пропадает, так как транзистор оказывается в глубоком насыщении из-за большой «пятки». Топология биполярного транзистора с диодом Шоттки на кристалле, по сути, представляет собой новый полупроводниковый элемент – транзистор Шоттки, условное изображение которого показано на рис 2.6б. В ключах на транзисторах Шоттки время задержки уменьшается практически в 3 раза по сравнению с обычным ключом.
Ключи на транзисторах Шоттки широко используются в цифровых ИС.
В схеме с форсирующей емкостью (см. рис. 8.6) при подаче входного открывающего сигнала сопротивление емкости CФ значительно меньше сопротивления резистора RФ, в связи с этим большой ток заряда емкости приводит к возрастанию тока базы и быстрейшему открыванию транзистора. В открытом состоянии транзистора, когда емкость зарядилась практически до напряжения Uвх m , ток базы уменьшается и его величина определяется сопротивлением последовательно включенных резисторов RГ + RФ. При подаче на вход ключа запирающего напряжения Uвх =0 , к базе транзистора приложено напряжение -Uвх m , обусловленное наличием заряженного конденсатора CФ, что приводит к увеличению токов разряда емкостей транзистора.
. Поэтому этот способ требует повышения напряжения генератора чтобы обеспечить режим насыщения.
. Параметры транзисторов и резисторов предполагаются одинаковыми. На один вход ключа подается управляющий сигнал 
, принимающий два значения: низкое 
и высокое 
. На второй вход подается постоянное опорное напряжение величиной 
, что позволяет при низком уровне входного сигнала обеспечить запирание транзистора 
и направить весь ток источника в коллекторную цепь 
.
.
приводит к отпиранию транзистора 
и запиранию транзистора 
. Теперь уже весь ток 
переходит в коллекторную цепь 
, снижая потенциал его коллектора до величины 
.
что способствует быстрой перезарядке емкости коллекторного перехода;
, а 
.
за счет быстрого накопления носителей. Но при этом транзистор попадает в режим глубокого насыщения, накапливается избыточный заряд в базе, растет время рассасывания носителей при запирании транзистора, увеличивается задержка фронта при выключении. Этого можно избежать, используя ключ с ускоряющим (форсирующим) конденсатором СУСК (рис 2.5). Подобные схемы широко используются, легко реализуются в ключах на дискретных компонентах.
удерживается на грани насыщения Iбн. Оптимально будет, если заряд, накопленный в ускоряющей емкости, будет равен граничному заряду неосновных носителей в базе, при котором транзистор войдет в насыщение.
. Величина Суск в реальных случаях составляет тысячи пикофарад.
