Импульсные свойства транзисторов

Импульсные свойства биполярного транзистора

При работе транзистора в импульсных схемах необходимо различить режимы малого и большого сигналов. При воздействии импульсов малой амплитуды транзистор работает в активном режиме и его работа практически не отличается от работы в частотном режиме: происходит усиление импульсных сигналов и соблюдается линейная зависимость между выходным и входным сигналами.

В этом разделе рассмотрим режим работы биполярного транзистора при его работе с импульсным изменением токов и напряжений в больших пределах, т.е. в режиме большого импульсного сигнала. Такой режим работы характерен для цифровых схем, импульсных генераторных устройств, преобразователей импульсов и др. Импульсный режим работы в режиме большого сигнала часто называют ключевым режимом, так как транзистор может находиться в одной из двух крайних статических состояниях: в режиме отсечки (транзистор закрыт) и в режиме насыщения (транзистор открыт). Обычно работа транзисторных ключей рассматриваются в схеме включения транзистора с ОЭ.

На рисунке 7.5,а изображена простейшая схема электронного ключа,

Рис.7.5. Схема электронного ключа а) и семейство выходных характеристик транзистора для пояснения ключевого режима работы б).

содержащий п-р-п-транзистор, резисторы RK и RБ в коллекторной и базовой цепях. Штриховыми линиями показаны барьерная емкость эмиттерного и коллекторного переходов СЭ, СК и нагрузочная емкость СН, которая складывается из выходной емкости транзистора и входной емкости последующей схемы или емкости нагрузки.

На рисунке 7.5, б показаны семейство выходных характеристик транзистора в схеме с ОЭ и нагрузочная прямая ВС, проходящая через точку В, соответствующая режиму отсечки, и точку С, в которой транзистор находится в режиме насыщения.

Каждый электрик должен знать:  Каталог k 3

Рассмотрим переходные процессы в транзисторном ключе при подаче на вход управляющего импульсного напряжения UВХ, вид которого приведен нарисунке 7.6, а. В промежутке времени от 0 до t1 UВХ = 0, ток IБ также равен 0 (рис.7.6,в). В цепи коллектора течет только небольшой обратный тепловой ток IКЭ0, т.е. транзистор находится в запертом состоянии. Поэтому можно считать, что транзисторный ключ разомкнут, напряжение на коллекторе при этом равно напряжению источника питания ЕК (рис.7.6, д) и режим работы определяется точкой В. В момент времени t1 UВХ скачком изменяется от 0 до ЕБ0, в цепи базы появится ток базы (рис.7.6, в), который при выполнении условия определится величиной . Напряжение UБЭ не может мгновенно возрасти из-за наличия барьерных емкостей СЭ и СК. Эти емкости заряжаются током базы и в момент времени t = t2 напряжение UБЭ возрастет до UБЭ пор (рис. 7.6, б), транзистор начинает открываться и в цепи коллектора появится ток. За UБЭ пор условно принимается напряжение UБЭ, при котором коллекторный ток (рис.7.6, г). Интервал времени называется временем задержки коллекторного тока и оно определяется временем заряда конденсаторов СЭ и СК:

После отпирания транзистор переходит в активный режим, начинается интенсивная инжекция электронов в базу, что вызывает резкий рост тока коллектора. В момент времени t = t3 коллекторный ток возрастает до (рис. 7.6, г), транзистор практически переходит в насыщенное состояние. Напряжение на коллекторе при этом уменьшается до UКЭнас (рис. 7.6, д). Интервал времени называется временем нарастания коллекторного тока. Это время можно определит из следующих соображений. Процесс нарастания коллекторного тока происходит практически при постоянном токе базы , поэтому рост тока коллектора вызывает рост тока эмиттера, т.е дополнительный приток электронов из эмиттера в базу для поддержания квазиэлектронейтральности базы. При наступлении режима насыщения в базе накопится такой избыточный заряд электронов , что скорость его рекомбинации уравновесит ток базы. Отсюда можно сделать вывод, что время нарастания коллекторного тока определится временем жизни электронов в базе . Это справедливо только при не учете барьерной емкости коллекторного перехода. С учетом емкости СК на процесс нарастания коллекторного тока сказывается постоянная времени коллекторной цепи , где RK сопротивление в цепи коллектора. Таким образом, общее время нарастания определится соотношением:

Каждый электрик должен знать:  Как сохранить батарею мобильного телефона рекомендации, видео

Рис.7.6. Диаграммы токов и напряжений на электродах транзистора при его работе в ключевом режиме

Сумма времени задержки и времени нарастания называется временем включения транзистора:

Время включения, в общем случае, является паразитным, так как ухудшает ключевой режим работы транзистора и искажает форму переднего фронта выходного импульса. Из анализа (7.22) и (7.23) вытекает, что для уменьшения времени включения необходимо уменьшать паразитные емкости эмиттерного и коллекторного переходов, увеличить ток базы, а также уменьшать время жизни электронов в области базы, создавая в ней рекомбинационные центры.

В момент времени t3 при транзистор оказывается в режиме насыщения, начинается двухсторонняя инжекция электронов в базу и в базе начинает накапливаться избыточный заряд электронов. Коллекторный ток достигает максимального значения и остается практически постоянным (рис. 7.6, г). Аналогично, напряжение на коллекторе уменьшается до (рис. 7.6, д).

Каждый электрик должен знать:  Как выбрать, настроить и подключить фотореле для наружного или внутреннего освещения

В момент времени t4, когда напряжение на базе скачком уменьшается до нуля, накопление избыточных зарядов заканчивается и начинается процесс их рассасывания. Рассасывание зарядов происходит аналогично импульсному режиму работы диода за счет двух факторов: за счет рекомбинации с дырками – основными носителями тока в базе и за счет экстракции избыточных электронов из базы в эмиттерную и коллекторную области транзистора. Процесс рассасывания вызывает отрицательный выброс тока базы практический равный току базы насыщения (рис. 7.6, в). Во время рассасывания напряжения на базе и коллекторе и ток коллектора практически остаются постоянными. Время называется временем рассасывания и это время практически определяется временем жизни электронов, т.е.

По окончании рассасывания в момент времени t5 транзистор переходит в активный режим. Ток коллектора начинает спадать практически по экспоненте с постоянной времени , обусловленный разрядом барьерных емкостей переходов. При работе транзистора на емкостную нагрузку длительность спада тока коллектора возрастает из-за влияния емкости нагрузки СН. Время называется временем спада коллекторного тока, которое определяется примерным равенством

Суммарное время называется временем выключения транзистора.

Подводя итог можно сказать, что выходной импульс напряжения (рис. 7.6, д) оказывается инвертированным, растянутым и смещенным во времени по отношению ко входному импульсу (рис. 7.6, а). Рассмотренные выше процессы определяют скорость переключения транзисторного ключа, быстродействие которого зависит от величины накапливаемого заряда в базе транзистора, от скорости его накопления и рассасывания.

Дата добавления: 2020-05-06 ; Просмотров: 3380 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Добавить комментарий