69000

ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ В РЕЖИМІ ПЕРЕМИКАННЯ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Режим перемикання транзисторного ключа (рис.14.1) залежить від значень напруг на вході UЗВ, живлення ЕС і опору RН, які забезпечують два статичних стану транзистора: вмикнуто (режим насичення) і вимкнуто (режим відсічки). Розглянемо фізичні процеси в транзисторі в стані вимкнуто.

Украинкский

2014-09-28

89 KB

0 чел.

                          

           

14.ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ В РЕЖИМІ ПЕРЕМИКАННЯ

                      

                 14.1. Стаціонарний режим  роботи пт

      Режим перемикання транзисторного ключа (рис.14.1) залежить від значень напруг на  вході UЗВ , живлення ЕС і опору RН , які забезпечують два статичних стану транзистора: вмикнуто (режим насичення) і вимкнуто (режим відсічки).

      Розглянемо фізичні процеси в транзисторі в стані вимкнуто.Цей стан відповідає високому опору канала  rК і існує при відсутності або малій напрузі на затворі UЗВ UЗВ ПОР  (UЗВ ≈ 0). В режимі відсічки струм стоку практично відсутній ІС≈0, а вихідна напруга на стоці буде максимальна   UСВЕС (точка А на рис.14.2.б).

      Стан вмикнуто відповідає режиму з малим опором каналу Для його забезпечення напруга на затворі повинна бути більшою за порогову

                                                       UЗВ > UЗВ ПОР .

   

      При вибраному резисторі RН лінія навантаження починається з точки А , перетинає вихідні характеристики і проходить до осі Іс ( рис14.2,б ).Якщо опустити перпендикуляр з точки перетину лінії навантаження  з вихідною характеристикою, можна отримати вихідну напругу , яка залежить від напруги UЗВ . Ця напруга називається залишковою. Для ефективного управління наступним каскадом бажано , щоб залишкова напруга була малою.

      Із рівняння стокової напруги

                                                     UСВ=ЕС- ІС RН 

та вихідних характеристик виходить , що при малій напрузі на затворі UЗВ, струм стоку ІС буде малим , а напруга на стоці UСВ (залишкова) буде великою.

      Тому для зменшення залишкової напруги  до бажаних значень (UСВ=0,3...0,5 В) необхідно підвищувати напругу на затворі UЗВ до                   UЗВ >> UЗВ ПОР та збільшити опір RН.

      Необхідне значення напруги UЗВ ВМ при заданій напрузі UСВ ЗАЛ визначається формулою

                                  UЗВ ВМ= UЗВ ПОР + ,

де bкоефіцієнт , залежний від параметрів транзистора .

14.2.ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ ПРИ ПЕРЕМИКАННІ ПТ

14.2.1.ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ В РЕЖИМІ ПЕРЕМИКАННЯ

      У електронних ключах зручно застосовувати  МДН – транзистори з індукованим каналом завдяки тому, що вони мають чіткий рівень порогової напруги UЗВ ПОР (рис. 14.2,а).

      Стан транзистора залежить від вхідної напруги UВХ :

 - якщо   UВХ > UЗВ ПОР , то транзистор відкритий (режим насичення);

 - якщо   UВХ < UЗВ ПОР , то транзистор закритий (режим відсічки);

 

  

Рис.14.1. Схема транзисторного ключа на МДН- транзисторі з n-каналом зі спільним витоком

14.2.2. ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ ПРИ ПЕРЕМИКАННІ ПОЛЬОВОГО                ТРАНЗИСТОРА

      При прямокутному вхідному імпульсу напруга на виході не буде прямокутною. Це визначається наявністю небажаних ємностей транзистора.

      При аналізі перехідних процесів враховують ємності затвор-канал СЗК і вихідну ємність С ВИХ , яка залежить не тільки від ємності ССВ транзистора, але і від ємностей СЗВ , СЗК , ССЗ наступного транзистора, а також прохідної ємності ССЗ , яка при наявності опору RН збільшується у (КU+1)разів. Тому можна записати

                             С ВИХ= ССВ+ СЗВ+ СЗК+ ССЗ(КU+1).

      Часові процеси при перемиканні визначаються розрядом та зарядом С ВИХ. При закритому транзисторі ємність С ВИХ заряжається до напруги джерела живлення ЕС . В момент приходу імпульсу транзистор відкривається, струм стока ІС змінюється стрибком , але вихідна напруга зменшиться миттєво не може завдяки наявності С ВИХ , яка розряджається через вхідний транзистор (канал з опором  rК).Заряд С ВИХ здійснюється через великий опір RН.Тому час заряду буде більший, ніж час розряду.

14.2.3. АНАЛІЗ ПРОЦЕСІВ ПРИ ВМИКАННІ ТРАНЗИСТОРА

      У початковому стані UЗВ ≈ 0 , ІС=0 , UСВ ЕС (точка А на рис.14.2.б), ємність СВИХ буде заряженою. В момент t1 на вхід подається імпульс з напругою UЗВ ВМ . Починається процес вмикання. Він складається з трьох етапів.

      Перший етап – формування каналу. Він починає формуватися у вивода витока і через деякий час досягає стока. До цього момента канал відсутній  і струм ІС =0. Тривалість цього процесу визначає час затримки вмикання tЗТ ВМ (рис.14.2.б). На рівні 0.95 він буде

                                                    tЗТ ВМ ≈ 3 rК СЗК .

Часто часом затримки вмикання нехтують.

      Другий етап – розряд ємності С ВИХ струмом стоку, який в момент t2 змінюється стрибком від 0 до ІС2  

                                             ІС2=b(UЗВ ВМ-UЗВ ПОР)2 .

      При розряді ємності С ВИХ напруга стоку UСВ змінюється від ЕС до  UСВ МЕЖ . Розглянемо ділянку осцилограми спочатку від ЕС до UСВ МЕЖ , що відповідає переміщенню робочої точки на вхідних характеристиках з положення А в положення В (рис14.2.б) і далі до С .

      За час зміни напруги UСВ від ЕС до UСВ МЕЖ формується основна частина переднього  фронту вихідної напруги . Цей час називається  часом      нарощування tНР.

                tНР = С ВИХ= С ВИХ

      Струм стоку ІС2 в межах tНР майже не змінюється. Його значення визначається  різницею  ординат вихідної характеристики (між точками В та С).

      Третій етап є подальшим  розрядом ємності С ВИХ в положення D по крутій ділянці характеристики, струм стоку ІС2 зменшується до значення ІС1 , а напруга на стоці змінюється від UСВ МЕЖ до UСВ ЗАЛ  за час t3- t4 , яким часто нехтують.

      Таким чином , транзистор переходить в режим відкрито , який визначається струмом ІС1 та напругою   UСВ ЗАЛ  , а також заряженою ємністю СЗК .

         

 

  

            

      

       

 

 

  

 

 

                                                                                                  

              

   

 

  

 Рис.14.2. ВАХ та осцилограми транзистора при перемиканні:

а-передаточна ВАХ; б-вихідні ВАХ; в-осцилограма вхідного сигналу; г-закон зміни струму транзистора;            д-осцилограма вихідного сигналу.

 

             14.2.4. АНАЛІЗ ПРОЦЕСІВ ПРИ ВИМИКАННІ ТРАНЗИСТОРА

      В момент t5 – закінчується вхідний імпульс і починається розряд ємності   затвор-канал СЗК . Напруга на затворі зменшується і , коли вона буде дорівнювати пороговій UЗВ ПОР , канал перекривається ІС=0. Цей час називають часом затримки вимикання

                                                       tЗТ ВИМ ≈ 3 rК СЗК 

Формування спаду вихідного імпульсу забезпечується процесом заряду ємності С ВИХ через опір RН . При цьому  в транзисторі струму не буде (ІС=0).Робоча                   

точка переміщується стрибком вниз , а далі рухається за віссю UСВ до початкового положення А (рис. 14.2, а). Часто часом tЗТ ВИМ нехтують.

      Час спаду за рівнем 0.95 визначається формулою

                                                       tСП ≈ 3 rН СВИХ

і буде більшим часу tНР. Тому , швидкодія транзисторного ключа залежить від тривалості процеса його вмикання

                                   fМАКС=

      Перевагою ключових МДН-транзисторів є висока швидкодія , низький опір відкритого транзистора, можливість паралельного управління декількома ключами для збільшення комутованої потужності.

5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10935. Техніка. Поняття про механізми 75.5 KB
  Тема. Техніка. Поняття про механізми. Мета: сформувати поняття про механізми перетворення руху їх види призначення та застосування в техніці; розвивати вміння визначати та пояснювати призначення ведучої та веденої деталі сутності процесу передачі руху від однієї д
10936. Технологія обпилювання металевих заготовок напилками 29 KB
  Тема 5:Технологія обпилювання металевих заготовок напилками. Мета: Навчальна: сформувати знання вміння та навички обпилювання металевих заготовок напилками. Виховна: виховувати в учнів культуру праці та бережливе ставлення до інструментів. Розвиваюча: розвиват
10937. Технологія свердлильних робіт. Свердла, кути заточування свердел. 29 KB
  Тема 6: Технологія свердлильних робіт. Свердла кути заточування свердел. Мета: Навчальна: сформувати знання навички та вміння свердління виробів з тонколистового металу. Виховна: виховувати в учнів бережливе ставлення до інструментів та культуру...
10938. Закономірності і принципи формоутворення предметного середовища 63 KB
  Тема 7: Вступ. Закономірності і принципи формоутворення предметного середовища. Мета: Навчальна: сформувати знання про предмет дизайнrdquo; вміння та навички пов’язані з даним поняттям. Виховна: виховувати в учнів культуру праці та бережливе ставлення до інструмент...
10939. Основи художнього конструювання 28 KB
  Тема 8:Основи художнього конструювання. Мета: Навчальна: сформувати знання вміння та навички пов’язані з даними поняттями. Виховна: виховувати в учнів культуру праці та бережливе ставлення до чужої праці. Естетичне сприймання предметів. Розвиваюча: розвивати у ш
10940. Макетування автомобіля 45 KB
  Тема. Макетування. Мета: Навчальна: сформувати знання вміння та навички пов’язані з макетуванням. Виховна: виховувати в учнів естетичне сприймання предметів культуру праці та бережливе ставлення до чужої праці. Розвиваюча: розвивати у школярів спеціальні здібно...
10941. Поняття про метали та їхні властивості 42.5 KB
  Тема. Поняття про метали та їхні властивості. Мета: ознайомити учнів із металами їх призначенням та використанням; сформувати поняття про їхні основні властивості як конструкційних матеріалів уміння розпізнавати види металів характеризувати властивості металів м
10942. Поняття про проекції. Види проеціювання 47.5 KB
  Тема 2:Поняття про проекції. Види проеціювання. Мета: Навчальна: сформувати знання вміння та навички пов’язані з преціюванням. Виховна: виховувати в учнів бережливе ставлення до чужої праці. Естетичне сприймання предметів культуру праці. Розвиваюча: розвивати у
10943. Орієнтовні плани-конспекти уроків технічної праці за новою програмою для 6 класу 1.07 MB
  Орієнтовні планиконспекти уроків технічної праці за новою програмою для 6 класу Урок 1. Вступ 1 год. Мета уроку: Засвоєння знань про основні галузі виробництва промисловість сільське господарство транспорт зв...