Работа транзистора в ключевом режиме

Одна из простейших схем транзисторного ключа приведена на рис. 6.22, а временные диаграммы для этой схемы – на рис. 6.23. Схема с общим эмиттером используется в транзисторном ключе чаще всего потому, что по сравнению с другими схемами может быть получен максимальный коэффициент усиления по мощности.

Рис. 6.22. Схема транзисторного ключа

При отсутствии управляющего сигнала транзистор закрыт и находится в состоянии отсечки, так как на базу подано положительное значение напряжения смещения U_cм (рис. 6.23, а). Состояние отсечки соответствует положению – «разомкнутый контакт». Источник положительного напряжения смещения + U_cм вводится в цепь базы для ограничения не равного нулю тока I_КО, проходящего через цепь нагрузки. При подаче отрицательного управляющего сигнала (рис. 6.23, б), амплитуда которого превышает значение напряжения смещения, на базу транзистора подается отрицательный сигнал (рис. 6.23, в) и он переходит в состояние насыщения, которое аналогично замкнутому контакту. В закрытом состоянии потенциал коллектора (U_вых) близок к (–U_К), в открытом – к (+U_К) (рис. 6.23, г).

Для обеспечения режима насыщения необходимо, чтобы значение тока базы соответствовало следующему условию (рис. 6.23, д):

I_{Б нас} ³ I_{К нас}/b_мин, (6.16)

где I_{К нас} – ток коллектора в режиме насыщения;

b_мин – минимальный статический коэффициент усиления транзистора.

Рис. 6.23. Временные диаграммы в схеме транзисторного ключа

При открытии транзистора ток эмиттера I_Э появляется практически мгновенно (рис. 6.23, е), его задают в ключевых схемах на 20-30 % больше номинального тока I_{Э ном}. Превышение тока эмиттера над номинальным называется избыточным током, а отношение

(6.17)

называется коэффициентом (глубиной) насыщения.

Ток в цепи коллектора (рис. 6.23, ж) появляется позже на время задержки включения (t₂ – t₁), которое затрачивается на диффузионное перемещение через базу инжектированных носителей. Это время незначительно и в случае приближенных расчетов им пренебрегают.

Разность (t₃ – t₂) – время фронта импульса коллекторного тока (на уровне I_К=I_{к нас} заканчивается переходный процесс в коллекторной цепи).

Разность (t₄ – t₃) – время продолжения переходного процесса в базе, так как концентрация инжектированных носителей зарядов при наличии избыточного тока эмиттера продолжает некоторое время возрастать.

Момент окончания переходного процесса в транзисторе соответствует моменту времени t₄.

Разность (t₄ – t₁) – время установления, соответствует времени заряда диффузионной емкости эмиттерного перехода.

Разность (t₆ – t₅) – время задержки включения, при котором I_К = I_Кнас.

Приложение к эмиттерному переходу обратного напряжения вызывает в начальный момент значительный обратный ток вследствие насыщения перехода свободными носителями зарядов. Этот ток протекает до момента времени t₇. После момента времени t₅ – подачи запирающего напряжения в коллекторной цепи, и момента времени t₇ в цепи эмиттера токи начинают снижаться, что связано с рассасыванием накопленного заряда в базе.

Завершение переходного процесса происходит в момент времени t₈.

Разность (t₈ – t₆) – время спада импульса коллекторного тока.

Дата добавления: 2014-10-15