logo

8 Работа транзистора в импульсном режиме

При работе в импульсном (ключевом) режиме транзисторы включаются по схеме с общим эмиттером (рис.3.9 а). В процессе прохождения тока транзистор работает в трех режимах. В промежутке между импульсами транзистор находится в режиме отсечки, в момент переключения – в активном режиме, в момент прохождения импульса – в режиме насыщения.

В исходном состоянии транзистор находится в режиме отсечки (до времени t0). При подаче на базу импульса тока положительной полярности (в момент времени t0) открывается эмиттерный переход и с задержкой t0 – tЗ появляется коллекторный ток. Задержка связана с конечным временем пролета сквозь базу инжектированных эмиттером носителей заряда. Длительность фронта коллекторного импульса tФ определяется разбросом скоростей инжектированных в базу носителей заряда, в результате не все носители достигают коллектора одновременно. В течение времени tЗ - tФ транзистор работает в нормальном активном режиме, при этом в базе накапливается объемный заряд, созданный инжектированными носителями заряда.

Начиная с момента tФ, коллекторный переход открывается при неизменных значениях напряжений источников питания. Транзистор переходит в режим насыщения, что объясняется следующим образом.

С ростом тока коллектора сопротивление коллекторного перехода уменьшается. В результате этого напряжение источника питания UИК перераспределяется между транзистором и коллекторной нагрузкой RH таким образом, что все большая его часть падает на сопротивлении нагрузки и все меньшая часть – на коллекторном переходе. Поэтому с увеличением коллекторного тока потенциал коллектора (точка К) снижается и становится меньше потенциала базы (точка Б). При условии UК< UБ коллекторный переход открывается и транзистор переход в режим двойной инжекции. Возникающая инжекция носителей заряда из коллектора препятствует возрастанию коллекторного тока, и далее он остается практически неизменным. Такой максимальный ток коллектора называют током насыщения IKнас, а режим двойной инжекции, свойственный открытому состоянию транзисторного ключа, называют режимом насыщения транзистора. Внешним проявлением режима насыщения является независимость тока коллектора IK от тока базы IБ. В режиме насыщения коллекторный ток ограничивается сопротивлением нагрузки RH, а объемный заряд неравновесных носителей заряда в базе в результате двойной инжекции может достигать существенных величин.

В момент времени tИ изменяется направление тока базы и начинается рассасывание носителей заряда, накопленных в базе в режиме насыщения. В момент изменения направления тока базы наблюдается небольшой спад тока коллектора, связанный с изменением падения напряжения на объемном сопротивлении базы. Далее в течение времени tИ – tР ток коллектора изменяется слабо, пока накопленные в базе неосновные носители заряда не уйдут из нее или не рекомбинируют в ней. Время, в течение которого транзистор находится в режиме насыщения после окончания импульса прямого базового тока, называется временем рассасывания. Это время определяется конструкцией транзистора, материалом и значением базового тока.

По окончании процесса рассасывания в течение времени tР – tс транзистор переходит в режим отсечки (после времени tС). Таким образом, при прохождении импульса тока через транзистор изменяется не только форма импульса, но и его длительность.

Времена tЗ, tФ, tР, tС, определяют быстродействие и частотные свойства транзистора. Для увеличения быстродействия транзистора необходимо уменьшать протяженность базовой области, увеличивать подвижность неосновных носителей заряда или увеличивать их диффузионную и дрейфовую скорость.

Качество транзистора в схеме электронного ключа оценивается не только его быстродействием, но и параметрами, характеризующими выходное и входное сопротивление транзистора в режиме насыщения. Важнейшим из них является напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭнас) – напряжение между выводами коллектора и эмиттера транзистора в режиме насыщения при заданных токах базы и коллектора. Этот параметр позволяет оценить рассеивание мощности транзисторного ключа в открытом состоянии.