2. Перехідні процеси

Перемикання транзистора відбувається не миттєво, а за деякий час, що залежить від швидкості протікання перехідних процесів. При аналізі роботи транзисторного ключа, розглядають перехідні процеси при ввімкненні і вимкненні транзистора.

2.1. Ввімкнення транзистора

Нехай у вихідному стані ключ вимкнений, транзистор замкнутий деякою зворотною напругою U_бе. При подачі на вхід ключа відмикаючого перепаду напруги (позитивного для n-p-n транзистора) емітерний перехід отримає прямий зсув і через базу протікатиме постійний струм I_1б, величина якого визначається величинами вхідної напруги і опору R_б у колі бази. При цьому передбачається, що опір R_б є набагато більшим вхідного опору R_вх відкритого транзистора (R_вх – має порядок сотень Ом).

Проте, прямий зсув емітерного переходу не може виникнути миттєво; затримка відмикання транзистора після подачі відмикаючої напруги обумовлена зміною заряду вхідної ємкості С_бе. Транзистор не відмикатиметься доки напруга на ємкості С_бе не досягне напруги відмикання транзистора - біля 0,5 В. Час, протягом якого ємність заряджається до напруги відмикання транзистора називається часом затримки t_з.

Рис. 3

Після цього починає відкриватися транзистор: зростає струм бази, а отже і струм колектора. Разом із струмом колектора зростає заряд в базі неосновних носіїв Q. Напруга на колекторі падає. Коли напруга на колекторі досягне величини U_кен, струм колектора досягне максимальної величини I_кн. Заряд у базі досягає граничного рівня Q_гр. Проте, на цьому перехідні процеси не закінчуються. Продовжує збільшуватися заряд неосновних носіїв у базі. Заряд накопичуватиметься доти, поки він не досягне величини, що відповідає даному струму бази. І після завершення процесу накопичення заряду транзистор переходить в стаціонарний режим. Час від моменту початку відмикання транзистора, до моменту, коли напруга на виході стане такою, що дорівнює напрузі U_кен має назву час фронту включення t_{ф вкл}.

Рис. 4

Час включення ключа визначається сумою t_вкл = t_з + t_{ф вкл}. Вочевидь, що скорочення часу включення можна досягти, перш за все, при збільшенні відмикаючого струму I_б і використанні більш високочастотних транзисторів.

2.2. Вимкнення транзистора

Для вимкнення транзистора на його вхід подають стрибок зворотного перепаду напруги (U_вх = 0). Струм бази стрибком змінюється від позитивного рівня I_1б до негативного I_0б. Негативний струм приводить до зменшення заряду, накопиченого в базі ( так званому розсмоктуванню заряду). Поки заряд у базі Q більший Q_гр (тобто Q_надл > 0), колекторний струм і колекторна напруга не змінюються. Тривалість розсмоктування t_р визначається часом, протягом якого заряд Q зменшується від вихідного рівня до Q_гр. Після закінчення розсмоктування режим транзистора відповідає межі активної області, і з цієї миті починається спад колекторного струму за час t_ф.викл за експоненціальним законом. Час вимкнення транзисторного ключа визначається за формулою t_викл = t_p + t_{ф викл}.

Рис. 5