Ключевой режим транзистора заключается в быстрой смене замкнутого состояния разомкнутым и наоборот

Режим насыщения

Нормальный активный режим

Нормальный активный режим соответствует прямому смещению на эмиттерном и обратному смещению на коллекторном переходе. Этот режим является основным рабочим режимом транзистора в линейных усилителях и соответствует переходному режиму в в ключевых схемах.

Для этого режима в схеме "ОЭ" определим следующее соотношение между токами:

i_к = β i_б + (β + 1) I_к0 ,

где β = h_21Э – коэффициент усиления транзистора по току при малом сигнале.

Учитывая разброс β, в расчетах можно полагать β = В, где В – статический коэффициент усиления транзистора по току при большом сигнале.

Для схемы "ОБ" (рис.2) в нормальном активном режиме справедливо следующее соотношение токов:

i_к = α i_э + I_к0,

где α – коэффициент передачи тока эмиттера в коллектор.

В схеме ключа "ОК" (рис. 3) транзистор работает только в отсечке или в нормальном активном режиме. В нормальном активном статическом режиме ключ обладает повышенным входным и пониженным выходным сопротивлением. Эти особенности определяют его сферу применения как устройства согласования.

При увеличении тока базы в нормальном активном режиме транзистор "ОЭ" полностью открывается в точке "Н" (рис. 4). Эта точка характеризует режим насыщения. При насыщении оба перехода смещены в прямом направлении. На транзисторе падает небольшое остаточное напряжение U_кн. В цепи коллектора протекает ток, который определяется практически только напряжением источника питания Е_к и сопротивлением R_к. Этот ток называется током коллектора насыщения I_кн, он практически не меняется при изменении входного тока ключа (см. рис.4):

Насыщенное состояние транзистора характеризуют коэффициентом насыщения при включении S₁:

S₁ = i_б1 / I_бн.

Этот коэффициент показывает, во сколько раз ток базы превышает минимальный базовый ток, достаточный для перехода транзистора в насыщенное состояние. Для насыщенных ключей всегда выполняется неравенство:

S₁ ≥ 1.

В разомкнутом состоянии ключа транзистор закрыт. Этот режим в ключах называется режимом отсечки. Основным дестабилизирующим фактором в этом режиме является I_к0, возрастающий с ростом температуры. Режим отсечки германиевых транзисторов надежно обеспечивается только при наличии источника смещения. В ключах на кремниевых транзисторах источник смещения не требуется ввиду малой величины I_к0 и наличия "пятки" входной вольт-амперной характеристики.

В замкнутом состоянии ключа транзистор полностью открыт. Этот режим транзистора в ключах характеризуется коэффициентом насыщения, величиной, равной или большей единицы. Насыщенное состояние ключа обеспечивается соответствующим током базы от источника входного сигнала.

При расчете элементов схемы насыщенного ключа на германиевом транзисторе он может быть представлен точкой.

При расчете насыщенного ключа на кремниевом транзисторе необходимо учитывать остаточные напряжения между базой-эмиттером и коллектором-эмиттером, которые могут достигать 2,5 В.

В насыщенных ключах транзисторы обладают усилительными свойствами только на этапах перехода из режима отсечки в режим насыщения и наоборот.

При анализе переходных процессов транзистор удобно рассматривать как элемент, управляемый зарядом не основных носителей в цепи базы.

Переходная характеристика транзистора на различных этапах переключения может быть представлена нарастающей или убывающей экспонентой. Переходная характеристика транзистора в активной области его работы характеризуется постоянной времени τ_βэ, связанной с частотными свойствами транзистора и временем перезаряда барьерных емкостей и емкости нагрузки. Переходная характеристика транзистора в области насыщения характеризуется постоянной времени накопления - τ_н, отличающейся от τ_β. Отличие τ_н от τ_β вызвано разным распределением плотности заряда в зависимости от режима работы транзистора и особенностей его конструкции.

Насыщение транзистора связано с процессом накопления избыточного заряда неосновных носителей в цепи базы. Коэффициент насыщения S₁ определяется величиной избыточного заряда.

Чем больше коэффициенты насыщения S₁,S₂, тем больше быстродействие ключа при формировании фронтов выходного тока.

Дата добавления: 2015-05-06