Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 [ 161 ] 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

сыщении, т. е. Рв «100 мкА >/с (sat) VIRl, откуда условие, накладываемое на сопротивление нагрузки, принимает вид = VVCPslOO мкА). Например, при % = 50 (минимум), 100 (номинал) имеем = K+ZPe 100 мкА = 1,0 кОм (максимум), 500 Ом (номинал) при напряжении питания V* = 5,0 В.

Если нижнюю часть схемы компаратора подсоединить не к ну. левому, а к отрицательному напряжению питания, то низкий уро. вень выходного напряжения сместится вниз на величину I/",

~-I-1-

-f 1 M

-20m8

WOml

>*


о 0,5 1,0 !,S 2,0 Время, мкс

Рис. 7.7, Время срабатывания компаратора напряжения LM139 (фирма National Semiconductor) при различных входных напряжениях переключения: а - характеристика выключения; б - характеристика включения.

т. е. станет равным V~ + Vce (sat) « V~. В результате низкий уровень выходного напряжения будет примерно равен V~, а высокий уровень - примерно V". Если эти два напряжения одинаковы по модулю, то характеристика переключения будет симметричной, т. е. высокий и низкий уровни выходного напряжения будут одинаково удалены от потенциала «земли»

На рис. 7.7, а приведены графики времени выключения компаратора (перехода из высокого состояния в низкое), а на рис. 7.7, б- графики времени включения (перехода из низкого состояния в высокое). Напряжение питания +5 В, а сопротивление нагрузки 5,1 кОм. Графики приведены при входных напряжениях переключения 5, 20 и 100 мВ.

При выключении входное напряжение изменяется от -100 мВ до значения чуть выше нулевого потенциала 1/ref = О, равного чувствительности компаратора. Таким образом, при чувствительности компаратора 20 мВ входное напряжение изменяется от -100 мВ до +20 мВ. При включении входное напряжение изменяется от +100 мВ до напряжения, которое ниже потенциала «земли» на величину напряжения чувствительности.



Входное напряжение, необходимое для переключения компара-па (чувствительность) должно быть равно по крайней мере мак-даально возможному входному напряжению смещения (5 мВ лля компаратора LM139). Увеличение напряжения переключения ппиводит к сокращению времени срабатывания, однако увеличение напряжения переключения выше 50 мВ совсем незначительно улучшает время срабатывания.

Из графиков времени срабатывания LM139 можно получить следующие значения (в наносекундах):

Входное напряжение переключения, мВ

Время выключения

Время включения

1375

Эта таблица еще раз показывает, что при увеличении напряжения переключения быстродействие компаратора увеличивается. Из нее также следует и то, что время включения заметно больше времени выключения. Это обусловлено тем, что выходной транзистор Qg перед переключением находится в состоянии глубокого насыщения. Чтобы компаратор переключился, он сначала должен выйти из насыщения, затем пройти активный режим работы и, наконец, попасть в режим отсечки. При напряжении питания +5 В и сопротивлении нагрузки 5,1 кОм ток через Qg в насыщении равен 1,0 мА, в то время как р/д = 150-100 мкА = 15 мА, т. е. Qg находится в глубоком насыщении. В этом случае из-за сильного смещения в прямом направлении перехода коллектор-база в транзисторе накапливается значительный объемный заряд. Время, необходимое для удаления этого избыточного заряда из транзистора (т. е. время рассасывания) и является причиной увеличенного времени срабатывания компаратора.

При выключении компаратора транзистор Q должен перейти нз режима насыщения в режим отсечки. Однако время рассасывания объемного заряда транзистора Q, значительно меньше, чем У Qa, поскольку ток насыщения Q; равен всего 100 мкА, а не 1,0 мА, У Qs- Вследствие больших времен рассасывания объемного Заряда транзисторов Q, и Qe LM139 в целом нельзя отнести к быстродействующим компараторам,

па рис. 7,8 представлен график зависимости низкого уровня входного напряжения от выходного тока нагрузки. При токах нее 15 мА выходное напряжение достаточно мало (менее 1 В).



В этом диапазоне транзистор находится в состоянии насьидения поэтому можно записать *

Усе (SAT) = Уев + Уье + сГсс =

= -0,6В -I- 0,7В + Icfcc = 0,1В + /сг„,

где Тсо- - распределенное сопротивление коллектора (сопротивле-ние насыщения). Если /с = 10 мА, то Уо = Кся(зат) == = 0,8 В, поэтому Гос = (0,8-0,1) В/10 мА = 70 Ом.


0,01 0,1

выходной /VOIC, мА

Рис. 7 8 Выходное напряжение насыщения LM139 (фирма National Semiconductor).

Как только коллекторный ток 1с = /о становится выше 15 мА, выходное напряжение очень быстро увеличивается, при этом транзистор выходит из состояния насыщения и начинает работать в активном режиме Поскольку этот переход происходит при токе /с = 15 мА и токе смещения = 100 мкА, можно сделать вывод, что коэффициент передачи по току Р транзистора Qs равен 150.

7.4. Время рассасывания объемного заряда транзистора

Основной фактор, ограничивающий быстродействие компаратора, - время рассасывания объемного заряда транзистора Рассмотрим факторы, оказывающие влияние на время рассасывания, и способы его сокращения

В активном режиме работы переход эмиттер-база грапзи-стора смещен в прямом на11равлении, а переход коллектор-база в обратном Эмиттер инжектирует неосновные носители (электроны, если транзистор прп-тта) в базу, пройдя через которую, он ю ступают на коллектор. В этом режиме работы коллектор только принимает электроны и обратной эмиссии элекфонов в баз\ происходит. Эта ситуация иллюстрируется рис 7 9, а, а на рис. 7.9, б показана зависимость концентрации ин/КьКги1)\еЬ1Х неосновных носителей от расстояния.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 [ 161 ] 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193