Войти
Зажим Бейкера - это общее название класса электронных схем, которые сокращают время хранения переключаемых биполярных переходный транзистор (BJT) путем применения нелинейной отрицательной обратной связи через различные типы диодов. Причина медленного выключения насыщенных BJT - это накопленный заряд в базе. Его необходимо удалить перед выключением транзистора, поскольку время хранения является ограничивающим фактором при использовании биполярных транзисторов и IGBT в приложениях с быстрым переключением. Зажимы Бейкера на основе диодов предотвращают насыщение транзистора и тем самым накопление большого количества накопленного заряда.
Стандартная двухдиодная схема фиксации Бейкера, которая включает ток обратной связи I 1, который снижает базовый ток I b
Альтернативный зажим Бейкера в транзисторе Шоттки Зажим Бейкера назван в честь Ричарда Х. Бейкера, который описал его в своем техническом отчете 1956 года «Транзисторные коммутационные схемы с максимальной эффективностью». Бейкер назвал эту технику «обратным зажимом», но теперь эта схема называется зажимом Бейкера. Многие источники ссылаются на отчет Бейкера о двухдиодной фиксирующей схеме. Также в 1956 году Бейкер описал схему в патентной заявке; в патенте US 3,010,031, выданном в 1961 году, заявляется об использовании зажима в симметричных триггерных схемах.
Считается, что подобные зажимные схемы были известны еще до доклада Бейкера. Кюттэля заявляет: «Хотя изобретение схемы зажима Бейкера приписывают Ричарду Х. Бейкеру (патент США 3010 031), оно уже было общеизвестным в 1953 году и описано во вводных статьях по транзисторам, написанным Ричардом Ф. Ши». Однако текст о транзисторах Ши 1953 года не описывает подобную схему зажима. В тексте Ши 1957 г. описана схема зажимов и дана ссылка на технический отчет Бейкера.
Существуют и другие схемы зажимов. В руководстве 1959 года описан метод, называемый «фиксация насыщения». В этой схеме есть источник питания фиксатора насыщения с напряжением около 2 В, подключенный к коллектору с помощью фиксирующего диода насыщения. Когда транзистор приближается к насыщению, включается ограничивающий диод и подает дополнительный ток коллектора, чтобы не допустить насыщения транзистора. Источник питания зажима насыщения должен обеспечивать значительный ток. Напротив, зажим Бейкера уменьшает базовый ток транзистора, а не обеспечивает больший ток коллектора.
В другой схеме зажима используется зажим с одним диодом. Он уменьшает базовое напряжение, когда транзистор приближается к насыщению, но использует схему резисторного делителя.
Цепи зажима также использовались для ускорения переходов отсечки. Когда транзистор отключен, выходной сигнал похож на RC-цепь, которая экспоненциально затухает до своего конечного значения. По мере того, как схема приближается к своему конечному значению, для зарядки конденсатора становится меньше тока, поэтому скорость приближения уменьшается. Для достижения 90 процентов окончательного значения требуется около 2,3 константы времени. Фиксация отсечки уменьшает размах выходного напряжения, но ускоряет переход. Фиксация напряжения коллектора на уровне 63 процентов от конечного значения позволяет увеличить скорость в два раза.
Зажим Бейкера вводит нелинейную отрицательную обратную связь в каскад с общим эмиттером (переключатель BJT), чтобы избежать насыщения, уменьшив усиление вблизи точки насыщения. Пока транзистор находится в активном режиме и находится достаточно далеко от точки насыщения, отрицательная обратная связь отключена и коэффициент усиления максимален; когда транзистор приближается к точке насыщения, постепенно включается отрицательная обратная связь, и коэффициент усиления быстро падает. Чтобы уменьшить усиление, транзистор действует как шунтирующий стабилизатор по отношению к своему собственному переходу база-эмиттер: он отводит часть тока базы на землю, подключая стабилизированный по напряжению элемент параллельно переходу база-эмиттер.
Схема двухдиодного зажима Бейкера показана на рисунке из патента Бейкера и во многих других публикациях. Диод обратной связи (D1) между коллектором и входом ограничивает напряжение коллектора примерно до V BE, отводя избыточный входной ток через коллектор на землю. Дополнительный кремниевый диод включен последовательно с клеммой базы для повышения эффективного входного напряжения; фиксирующий диод в обратной связи коллектор – база иногда делается из германия, чтобы минимизировать падение напряжения на нем. Базовый диод позволяет использовать Si-диодный зажим с кремниевым транзистором и поддерживает V CE около падения напряжения на диоде и намного больше, чем V CE (sat). К сожалению, он отключается и при попытке выключить транзистор создает обратный путь с высоким сопротивлением. Хотя базовый заряд был сведен к минимуму, теперь получить заряд из базы стало сложнее.
Второй базовый диод, подключенный антипараллельно базовому диоду (D 2 на схеме Бейкера), будет обеспечивать низкоомный обратный путь для удаления накопленного базового заряда в транзисторе. Эта трехдиодная схема до сих пор упоминается некоторыми источниками как зажим Бейкера, в то время как другие называют двухдиодную схему только зажимом Бейкера.
Простая альтернатива зажиму Бейкера - одиночный низковольтный диод. от коллектора до базы. Для хорошей работы прямое падение напряжения на диоде должно быть меньше падения на базе эмиттера, поэтому германий с низким падением напряжения и диоды Шоттки можно использовать с кремниевыми транзисторами (прямое падение напряжения Шоттки диод намного меньше напряжения смещения V BE кремниевого транзистора, и он быстро переключается). Альтернативная схема зажима диода соединяет диод с соединением двух резисторов смещения базы. Современное решение - объединить комбинацию диода Шоттки и транзистора в один транзистор Шоттки. Некоторые источники также называют эту конфигурацию зажимом Бейкера.
Зажимы Бейкера также используются в силовых приложениях, и выбор диодов является существенной проблемой при проектировании.
Один недостаток зажима Бейкера его повышенный низкий уровень выходного напряжения (как в транзисторе Дарлингтона ). В логических схемах снижает помехозащищенность; в силовых приложениях он увеличивает рассеиваемую мощность.
