Перехідні процеси в транзисторному ключі.

Нехай в початковому стані транзистор знаходиться в режимі відсічки під дією вхідної запираючої напруги U_УПР =Е₁.При приході на вхід в момент часу t=t₁ перепаду відпираючої напруги U_УПР =Е₂ емітерний перехід транзистора зміщується в прямому напрямку, а базовий струм стрибком досягає значення I_Б1 =SI_БН (рисунок 2.2). Колекторний струм буде наростати за законом :

, (2.9)

де _= h₂₁_ ; _=1/(2f_);

f_ - гранична частота підсилення струму в схемі „спільна база”.

За час t=t_ф1 колекторний струм набуде значення

i_K(t)= I_КH =h₂₁I_БH

Отже тривалість стадії вмикання ключа :

, (2.10)

при S>>1

Тобто за час t_ф1 напруга U_ВИХ досягає значення U_KH і, починаючи з моменту часу t=t₂, транзистор буде знаходитися в режимі насичення. Струми i_б, і_Е та і_К залишаться практично незмінними і в області бази відбувається накопичення надлишкового заряду неосновних носіїв за експоненційним законом з сталою часу _Н. Повне накопичення заряду до рівня I_б1_Н відбудеться за час 3_Н, після чого транзистор опиниться в стаціонарному режимі.

В момент часу t=t₃ на вхід системи подається запираюча напруга, під дією якої базовий струм стає рівним I_Б2. Процес розімкнення ключа складається зі стадії розсмоктування надлишкового заряду неосновних носіїв t_роз та стадії запирання транзистора t_ф2 .

Для стадії розсмоктування формується зміна струму і_k(t) за експоненційним законом (точки А, В, С рисунок 2.2) при цьому діє стрибок базового струму І_Б1 + І_Б2, відповідно

.

Для інтервалу t_роз

або

, (2.11)

де .

Тривалість t_роз визначає затримку в вимиканні транзисторного ключа. Вона зменшується при збільшенні запираючого струму I_б2 та зменшенні коефіцієнта насичення S.

В момент закінчення стадії розсмоктування (t=t₄) транзистор входить в активну область і починається процес його закривання. Колекторний струм спадає за експоненційним законом зі сталою часу _ від початкового значення I_КH.

Має місце співвідношення

або

(2.12)

Колекторна напруга змінюється від U_KH до U_ВХ-I_K0R_К. На тривалість стадій t_ф1 та t_ф2 впливає бар’єрна ємність колекторного переходу С_К та ємність навантаження С_Н. Для врахування їхнього впливу в формулах (2.10) та (2.12) необхідно замінити _ на ’_ :

’_=_+R_KC_ , де C_=h₂₁C_K+C_H.

Наведені співвідношення дозволяють вибрати режим та параметри єлєментів схеми ключа

2.2 Покращення характеристик транзисторних ключів (тк).

Коли транзистор насичений, в ньому є залишкова електрорушійна сила ЕРС. В режимівідсічки транзистор представляє собою генератор струму (рис 2.3).Приблизні значення в режимах відсічки та насичення :

е_зал=1мВ … 100 мкВ r_зал=50 …20 Ом R_зт=5…10 Мом І_зал=1…100 мкА

Рисунок 2.3. Еквівалентна схема транзисторного ключа

Щоб зменшити залишкову ЕРС застосовується включення 2-х транзисторів (рис 2.3) :

Дана схема використовує компенсаційне інверсне включення транзисторів для компенсації залишкових ЕРС двох транзисторів і зменшення паразитного проходження струму із кола управління на вихід схеми.

Д

U_вх

R_K

ля кремнієвого транзистора 1КТ011А

е_зал=20мВ … 50 мкВ

r _зал=100 Ом

R_зт=10 МОм

У даної схеми є недолік – необхідно ізолювати джерело управління від загальної схеми, тому застосовують трансформатор або оптронні пари рис 2.5 та рис 2.6.

Набір ключів К249КН1 з оптронною розв’язкою та зустрічним включенням p-n-p транзисторів (рис 2.5) має такі характеристики:

е_зал=200 мкВ R_вих=200 Ом І_вх=20 мА U_вх=3,5 B , напруга ізоляції U_ізол=150 B ,

час включення t_вкл=10 мкс.

Оптронна пара АОТ1011 на базі фототранзисторів (рис 2.6) має напругу ізоляції U_ізол=1500 B.