Транзисторный ключ

Барьерный режим

Режим отсечки

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками UЭБ и UКБ. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).

В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты). Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (IЭБО) И коллектора (IКБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттернуюцепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Транзисторный ключ — это схема, предназначенная для коммутации цепи нагрузки транзистора при воздействии на него внешних управляющих сигналов. Транзисторный ключ может находиться в двух стационарных состояниях: разомкнутом, когда транзистор заперт и работает в режиме отсечки тока; и замкнутом, когда транзистор открыт и работает либо в режиме насыщения, либо в активном режиме. Обычно (особенно при больших токах нагрузки) используют насыщенный транзисторный ключ, так как в режиме насыщения на биполярном транзисторе рассеивается меньшая мощность, чем в активном режиме. В насыщенном транзисторном ключе активный режим является переходным от одного стационарного состояния ключа в другое и определяет его быстродействие. Временные диаграммы переключения транзистора в схеме ключа (рис. 3.5, а), управляемого от источника с напряжением Еr и внутренним сопротивлением Rr, приведены на рис. 3.5, б. В исходном состоянии при Еr = Еr2 транзистор находится в режиме отсечки. Коллекторный ток в нагрузке Rк определяется начальным током транзистора Iкб0, который настолько мал, что можно принять Iкб0 приблизительно равным нулю. В момент скачкообразного изменения управляющего напряжения от значения Еr2 до Еr1 эмиттерный переход транзистора остается закрытым, так как напряжение на барьерных емкостях переходов Сэ и Ск мгновенно изменяться не может. Для появления базового тока необходимо, чтобы входная емкость Свх = Сэб + Скб перезарядилась до некоторого положительного напряжения, называемого пороговым. Обычно для кремниевых транзисторов Uпор = 0,6...0,8 В. Полагая, что базовый ток возрастает мгновенно до значения Iб1 ≈ (Er – Uпор) / (Rr + Rб), методом заряда можно показать, что ток коллектора изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени

τ = τβ + Ск · Rк · (β + 1), стремясь от нуля к значению Iб1β вследствие возрастания заряда в базе. Коллекторный ток при конечном сопротивлении резистора Rк может возрасти только до значения

Iкн = (Eк – Uкн) / Rк ≈ Eк / Rк. В этот момент транзистор входит в режим насыщения. Коллекторный ток остается постоянным, а заряд в базе продолжает возрастать до значения Iб1τβ (τβ — среднее время «жизни» носителей в базовом и коллекторном слоях). Происходит накопление неосновных зарядов в базе. При подаче запирающего тока Iб2 ток Iк = Iкн остается постоянным до тех пор, пока заряд в базе не рассосется до граничного значения. В момент времени t4 транзистор выходит из режима насыщения и коллекторный ток уменьшается до нуля. Таким образом, весь процесс переключения транзистора можно разделить на три этапа:

формирование фронта tф (активный режим транзистора);

рассасывание заряда в базе tрас (режим насыщения);

формирование среза коллекторного тока tc (активный режим).

Дата добавления: 2015-05-06