3.8.3 Перехідні процеси при перемиканні транзистора
При практичному використанні транзистора велике значення має швидкість перемикання, обуславливающая швидкодію апаратури. Швидкість перемикання визначається процесами накопичення і розсмоктування нерівноважного заряду в базі і колекторі транзистора, емітерному і колекторному переходах.
У емітерному і колекторному переходах знаходяться заряди нерухомих іонізованих атомів примеси- донорів і акцепторів, що не компенсуються; нерівноважний заряд відсічення в базі можна вважати рівним нулю.
При переході до режиму насичення емітерний перехід відкривається, товщина переходу і його заряд, що не компенсується, зменшуються, відбувається як би розряд ємності емітерного переходу. Вследсвії пониження напруги на колекторі, зменшується його товщина і заряд в ньому, тобто відбувається розряд ємності колекторного переходу, відкривається колекторний перехід і у області бази за рахунок інжекції електронів з емітерного і колекторного переходах накопичується великий нерівноважний заряд насичення. У транзисторах, що мають високоомний колектор носії заряду инжектируют і в область колектора, де так само накопичується нерівноважний заряд.
Графіки напруг і струмів транзистора при перемиканні дані на рисунку 3.17. На базу транзистора подається прямокутний імпульс напруги UВХ-EБЭ (рисунок 3.17,а).
Графік вхідного струму показаний на рисунку 3.17,б. Величини імпульсу прямого струму бази IБ ПР визначається в основному опором обмежувального резистора RБ.
Після перемикання емітерного переходу на зворотний напрям струм переходу, як і в діоді, має спочатку велику величину, обмежену лише опором RБ: IБ ОБР= EБ/ RБ, оскільки опір емітерного переходу в перший момент після перемикання дуже мало унаслідок насичення бази нерівноважними носіями заряду (рисунок 3.17,г).
При прямокутній формі імпульсу вхідного струму імпульс вихідного струму iК (рисунок 3.17,в) з'являється із затримкою tЗ, яка визначається головним чином швидкістю наростання напруги емітерного переходу, залежної від величин ємності переходу і прямого струму бази, тобто швидкістю розряду емітерного переходу.
Після того, як транзистор
перейде з режиму відсічення в активний
режим, колекторний струм починає
поступово наростати, досягаючи сталого
значення а час tн.
Цей час визначається швидкістю накопичення
нерівноважного заряду в базі і швидкістю
розряду ємності колектора. Таким чином,
повний час включення транзистора полягає
Рисунок 3.17 Перехідні процеси при перемиканні БТ.
з
часу затримки і часу наростання:
.
Практично воно може мати величину від декількох наносекунд до декількох мікросекунд залежно від параметрів транзистора.
Після подачі в ланцюг бази замикаючого струму IБ ОБР=EБЭ/RБ вихідний колекторний струм припиняється не відразу. Впродовж деякого часу розсмоктування tp він практично зберігає свою величину, оскільки концентрація носіїв заряду в базі у колекторного переходу ще залишається вище рівноважною і колекторний перехід завдяки цьому виявляється відкритим.
Лише після того, як нерівноважний заряд у колекторного переходу розсмокчеться за рахунок відходу електронів з бази і рекомбінації, струм колектора починає поступово спадати, досягаючи час спаду tС сталого значення IKЭ0. У перебігу цього часу продовжується розсмоктування нерівноважного заряду бази і відбувається перезаряд ємності колекторного переходу. Відмітимо, що емітерний перехід при цьому може закритися раніше або пізніше за колекторне залежно від швидкості розсмоктування нерівноважного заряду, зосередженого поблизу від нього.
Процес накопичення і розсмоктування нерівноважного заряду qБ при перемиканні транзистора пояснюється на рисунку 3.17,г. Накопичення нерівноважного заряду в базі починається через час затримки tз, і заряд за час наростання tн досягає сталого значення qБ=Qакт. Далі унаслідок падіння колекторної напруги до величини UКЭ ОСТУ UБЭ колекторний перехід відкривається і починає инжектировать нерівноважні носії заряду в базу. Заряд бази знову зростає, досягаючи до кінця вхідного імпульсу значення qБ=Qнас. Після перемикання напруги емітерного переходу на зворотне відбувається розсмоктування нерівноважного заряду бази, за час tР+tС він досягає нульового значення.