Ключ на биполярном транзисторе с нелинейной обратной связью.

Длительность эгапа включения транзистора можно уменьшить, подавая на базу больший отпирающий ток. Согласно выражению при этом уменьшается, но вследствие роста коэффициента насыщения S одновременно растет длительность этапа рассасывания .

В результате несмотря на дополнительные потери мощности быстродействие ключа не увеличивается. Одним из выходов в данной ситуации является исключение режима насыщения транзистора и обеспечение тем самым переключения его рабочей точки между активным режимом режимом отсечки.

На рис. 4 13,а показана принципиальная схема транзисторного ключа, в котором использована нелинейная обратная связь (НОС) через диод VD (параллельная отрицательная обратная связь по напряжению).

Рис. 4.13.

Глубина такой НОС зависит от режима работы днода: если диод VD заперт, то влиянием обратной связи на работу ключа можно пренебречь. Если же диод VD открыт, то через его малое сопротивление глубокая обратная связь и коэффициент передачи напряжения в схеме потенциал коллектора транзистора фиксируется.

На рис. показаны временные диаграммы переходных процессов при подаче на вход ключа положительного импульса. До момента на входе ключа действует низкнй уровень сигнала, транзистор VT запер , на его коллекторе поддерживается высокий потенциал , который обусловливает обратное смещение диода VD. В момент входной сигнал скачком нарастает от нулевого до единичного уровня . Через в момент открывается эмитгерный переход и в базе транзистора устанавливается ток базы

где

По мере нарастания тока коллектора потенциал коллектора падает, одновременно уменьшается запирающее напряжение на диоде

где — входной ток до момента отпирания диода.

В момент времени , когда потенциал коллектора оказывается близким к напряжению насыщения, диод VD открывается и входной ток перераспределяется между диодом VD и резистором : ток резистора уменьшается на величину приращения тока диода . Поскольку ток диода замыкается через коллекторную цепь транзистора при практически постоянном потенциале коллектора, то коллекторный ток с момента нарастает на величину . Потенциал коллектора открытого транзистора отличается от потенциала на величину напряжения на открытом диоде. Если принять его равным пороговому напряжению диода , то приближенно (так как не учитывается небольшое изменение напряжения после отпирания диодч) напряжение на выходе

В момент устанавливаются постоянные значения токов базы , коллектора и диода.

По заднему фронту входного сигнала изменяется на противоположное направление тока через диод, восстанавливается его обратное сопротивление и к моменту диод выключается. Тем самым размыкается НОС и начинается рекомбинация заряда в базе током

В дальнейшем переходные процессы в ключе с НОС аналогичны ранее рассмотренным в транзисторном ключе (см. рис. 4.12).

В рассмотренной схеме отсутствует задержка выключения из-за избыточного заряда базы транзистора, но имеет место процесс рассасывания носителей, накопленных в диоде. Поэтому на практике для реализации НОС выбирают быстродействующие импульсные диоды или диоды Шотки, работающие без накопления заряда

Длительность этапов включения и выключения транзистора в схеме с НОС определяется отпирающим и запирающим токами базы, которые в свою очередь зависят от сопротивлений резисторов и уровней напряжений .

Выходное напряжение также зависит от параметров входного сигнала, что в переключательных схемах нежелательно. Схема, в которой резистор заменен диодом , показана на рис. 4.14, а. В этой схеме при отпирании диодов на коллекторе транзистора фиксируется потенциал , где — пороговое напряжение транзистора, и — пороговые напряжения диодов соответственно.

Напряжение незначительно превышает напряжение на насыщенном транзисторе и не зависит от параметров входного сигнала.

Если в качестве диода использовать диод весьма малое пороговое напряжение , то диод в цепн базы транзистора не требуется (рис. ), Диод Шотки ди коллекторный переход транзистора включены параллельно, но благодаря гому что пороговое напряжение диода существенно меньше порогового напряжения коллекторного перехода (для кремниевого транзистора ), диод Шотки открывается раньше и тем самым предотвращает насыщение транзистора.

Рис. 4.14.

В открытом состоянии на коллекторе транзистора устанавливается потенциал который можно определить по эквивалентной схеме ключа (рис. 4.14,е): . Напряжение мало (десятые доли вольт), не зависит от входного сигнала и сопротивлений в цепи базы и коллектора. Другим важным достоинством схемы (рис. ) является ее высокое быстродействие. диод Шотки работает без накопления заряда, поэтому отсутствует этап восстановления обратного сопротивления диода. Достоинства транзистора с коллекторно-базовой связью через диод Шотки привели к созданию монолитной структуры диод Шотки — биполярный транзистор, который изготовляется в едином технологическом процессе, называется транзистором Шотки (рис. 4 14,г) и широко используется в интегральной схемотехнике