4.3.Переходные процессы в транзисторных ключах

Рассмотрим теперь переходные процессы, которые происходят в транзисторном ключе ОЭ при его отпирании и запирании. Следует отметить, что знание переходных процессов очень важно, поскольку они оказывают существенное влияние на качественные показатели схем и определяют возможные скорости переключения, т.е. быстродействие ключа.

Рассмотрим схему транзисторного ключа (рис. 4.2) с источником тока на входе. Пусть в исходном состоянии транзистор находится в режиме отсечки. Предположим теперь, что в некоторый момент времени t_о на вход ключа поступает идеальный перепад напряжения с амплитудой, равной U_{вх м}, достаточной для полного отпирания ключа и длительностью, равной t_и. На рис. 5 приведены осциллограммы переходного процесса в транзисторном ключе.

t₁

t₂

t₃

t₄

Рис. 4.5. Переходные процессы в транзисторном ключе

Процесс переключения транзисторного ключа можно разбить на ряд стадий (рис. 4.5).

Стадия включения. Она начинается с момента подачи на вход ключа импульса отпирающей полярности. На этой стадии транзистор переходит из режима отсечки в активный режим. Появляется коллекторный ток, который, увеличиваясь, стремится к току I_к =  I_б, изменяющемуся по закону

.

В некоторый момент времени напряжение U_кэ уменьшаясь, достигает нуля и транзистор входит в насыщение. Интервал времени, определяемый изменением коллекторного тока от момента подачи входного сигнала до достижения коллекторного тока насыщения, характеризует длительность этапа включения. Стадию включения в свою очередь, можно разбить на две стадии: стадию подготовки или задержки. Эта стадия характерна тем, что I_к = 0, а ток базы стал отпирающим. Во время второй стадии начинается быстрый рост коллекторного тока. Эта стадия и есть длительность фронта. Обычно t_зt_фр.

Стадия накопления. В начале этой стадии I_к достигает I_кн и транзистор входит в насыщение. Длительность этой стадии определяется длительностью входного импульса.

Рассмотренные стадии определяют переходной процесс при отпирании транзисторного ключа. Процесс запирания транзисторного ключа состоит из стадии рассасывания избыточного заряда в базе транзистора и стадии формирования среза импульса.

Стадия рассасывания. Начало этой стадии соответствует подаче на вход транзисторного ключа напряжения запирающей полярности. Коллекторный ток не может сразу уменьшится из-за накопленного заряда в базе и поэтому транзистор имеет низкое сопротивление. До тех пор, пока избыточный заряд из базы не удалится в коллекторной цепи транзистора будет протекать ток близкий по значению к току I_кн. На самом деле ток I_кн может быть даже больше прежнего значения вследствие прямого прохождения входного управляющего сигнала на выход.

Стадия формирования среза импульса. В конце стадии рассасывания избыточный заряд неосновных носителей полностью выводится из базы или рекомбинирует. На этой стадии коллекторный ток начинает уменьшаться, так как начинает уменьшаться ток базы. В процессе формирования среза импульса заряд неосновных носителей во всей области базы уменьшается до равновесного значения, а коллекторный ток уменьшается до нуля по экспоненциальному закону. Если при этом входной сигнал имеет отрицательную полярность, то коллекторный ток за вполне определенный момент времени достигает нулевого значения. Если же на последнем этапе входной сигнал равен нулю, то коллекторный ток приближается к нулю асимптотически и время среза импульса можно определить условно.