4.12.    Импульсные свойства транзисторов


При работе транзистора в импульсных схемах различают режимы малого и большого сигнала. В импульсном режиме малого сигнала тран­зистор работает в линейной области характеристик, т.е. в активном режиме. При большом сиг­нале транзисторы работают в режиме переключения (в режиме ключа), поскольку их назначение заключается в замыкании и размыкании цепи нагрузки при поступлении во входную цепь управляющих сиг­налов. В ключевом режиме всегда имеется переход из области отсеч­ки в область насыщения. На практике наиболее широко применяется ключевой режим (режим большого сигнала), поскольку он более экономичен, требует меньше внешних элементов, проще реализуется.

Рассмотрим схему простейшего ключа с транзистором в схеме с ОБ (рис. 4.22, а). На семействе коллекторных характеристик (рис. 4.22, б) показаны положения точек, соответствующих ключевому режиму. В точке В транзистор попадает в режим насыщения, при этом через нагрузку, включенную в коллекторную цепь, протекает максимально возможный ток:

,

а падение напряжения  на транзисторе мало. Мала будет и рассеиваемая мощность:

.

В точке А (рис. 4.22, б) транзистор попадает в режим отсечки, при этом через нагрузку протекает лишь неуправляемый ток коллектора, который мал и в дальнейших рассуждениях будет считаться равным нулю: . Хотя на транзисторе падает практически все напряжение источника , рассеиваемая мощность пренебрежимо мала:

.

Наибольшая активная мощность будет выделяться в транзисторе при переключении, когда рабочая точка переходит из точки A в точку B и наоборот и через транзистор протекают большие токи при больших напряжениях на нем. Эту мощность называют мощностью коммутационных потерь, она тем больше, чем выше частота переключений.

Качество ключа, прежде всего, определяется скоростью переклю­чения, т.е. временем его перехода из одного состояния в другое. Скорость перехода транзистора из режима отсечки в режим насыщения и обратно зависит от переходных процессов в ба

зе, связанных с накоп­лением и рассасыванием неравновесных зарядов, т.е. зарядом и раз­рядам диффузионной емкости эмиттерного перехода.

Временные диаграммы, иллюстрирующие переходные процессы в цепях транзистора, работающего в режиме ключа, имеют вид (рис. 4.23).

На вход транзистора подается управляющий сигнал в виде скачков напряжения, (рис. 4.23, а) производящих замыкание и размыкание транзисторного ключа (как будет показано далее, размыкание лучше производить по­дачей небольшого запирающего напряжения на эмиттер).

В промежутке времени от 0 до  транзистор закрыт, ток коллек­тора практически равен нулю, ключ разомкнут. В момент времени  подается отпирающее напряжение и в цепи эмиттера появится ток. Ток  называют избы­точным током.

После возникновения тока эмиттера ток в коллекторной цепи появляется не сразу, а по истечении некоторого времени, называемого временем задержки (). Вре­мя задержки представляет собой интервал времени между моментом нарастания фронта входного импульса до значения, соответствующего 10 % его амплитуды, и моментом нарастания фронта выходного импульса до значения, соответствующего 10 % его амплитуды. Это время диффу­зионного перемещения через базу инжек­тированных в нее носителей. Следует за­метить, что  относительно мало и во многих случаях приближенных расчетов им пренебрегают.

Ток коллектора достигает значения на­сыщения не сразу,