Переходные процессы в транзисторном ключе

+UП Rк E1 Uвых – + Кл. Rб Iб1 + – Iб2 E2

Будем считать, что транзисторный ключ по схеме с ОЭ управляется от источника тока. Режим управления током обеспечивается при достаточно большом сопротивлении R_б и значениях напряжений

E₁ >> U_бэ.нас ; E₂ >> U_бэ.нас .

Отпирание транзистора начинается в момент t₀ подачи на вход ключа положительного напряжения Е₁ . При этом отпирающий ток базы равен

.

При подключении источника отрицательного напряжения Е₂ в цепи базы открытого транзистора возникает импульс запирающего тока

.

Отпирание транзистора проходит в два этапа.

Этап включения. Начинается в момент подачи отпирающего тока и заканчивается в момент t₁, когда транзистор переходит из активной области в область насышения. На этом этапе ток коллектора и заряд в базе нарастают, а выходное напряжение спадает по экспоненте с постоянной времени

.

Второе слагаемое учитывает изменение заряда емкости коллекторной цепи. К моменту t₁ ток коллектора достигает значения I_к.нас, заряд – граничного уровня Q_б.гр, а выходное напряжение – значения U_кэ.нас. Длительность этапа включения равна

Видно, что чем больше отпирающий ток базы, тем короче этап включения, т.е. отрицательный фронт выходного напряжения.

Этап накопления избыточного заряда. Начиная с момента t₁, ток и потенциал коллектора остаются неизменными, а заряд в базе продолжает нарастать и стремится к установившемуся значению I_б1 t_б . Этап накопления завершается за время (3¸4) t_б .

Запирание транзистора начинается в момент t₂ отключения напряжения + Е₁ и подключения отрицательного напряжения –Е₂ , при этом возникает запирающий ток базы i_б (t) = –I_б2 . Переходные процессы проходят также в два этапа.

Этап рассасывания избыточного заряда. На этом этапе транзистор остается в области насыщения, заряд в базе уменьшается по экспоненте с постоянной времени t_б от начального уровня I_б1 t_б к предельному уровню – I_б2 t_б . К моменту t₃ заряд достигает граничного значения и транзистор переходит из области насыщения в активную область. Длительность этапа рассасывания, т.е. задержки выключения, равна

Длительность этапа зависит от величины отпирающего тока прямо, а от запирающего тока – обратно. Чем больше I_б2 , тем быстрее проходит рассасывания избыточного заряда.

Этап выключения. Заряд в базе, а вместе с ним и ток коллектора уменьшаются, а выходное напряжение нарастает. Все указанные величины изменяются с постоянной времени . К моменту t₄ все токи транзистора практически прекращаются, и транзистор входит в область отсечки. Длительность этапа выключения зависит от величины запирающего тока:

Чем больше ток I_б2 , тем короче положительный фронт выходного напряжения.

uвх +E1 0 t –E2 –E2 iб Iб1 t 0 t0 t2 –Iб2 iк Qб bIб1 Iб1tб Qб Iк.нас Qб.гр iк в 0 t tвкл tp tвык –bIб2 – Iб2tб uкэ UП Uкэ.нас 0 t0 t1 t2 t3 t4 t