1.3. Динамические режимы работы электронного ключа. Длительности фронта, рассасывания и среза.

Схема устройства для исследования динамических режимов работы электронного ключа приведена на рис. 1.9. Временные диаграммы, поясняющие процессы в электронном ключе, приведены на рис.1.10.

t_выкл

Рис.1.10

Пусть на интервале (0 - ) напряжение на выходе генератора импульса (рис.1.9) имеет отрицательную полярность. Транзистор VT находится в режиме активного запирания и в цепи +E_n, R_к коллектор-база VT, R_б, ГИ, общий проводсуществует незначительный тепловой ток I_ко(б) с общей базой. Напряжение близко к .

В момент времени (рис.1.10) изменяется полярность напряжения на выходе ГИ (диаграмма ). Появляется положительный ток базы (диаграмма ), проходящий по цепи ГИ, R_б, база-эмиттер, . В случае, если ток базы =  , то ток коллектора (диаграмма ) нарастает по траектории 3, и к моменту времени = . Если ток базы >  , то процесс включения VT занимает меньшее время. Ориентировочно при коэффициенте насыщения ток коллектора изменяется по траектории 2, а при коэффициенте насыщения ток коллектора изменяется по траектории 1. Напряжение на интервале включения уменьшается от до по траекториям 1 – 3 , которые инверсны траекториям 1 – 3 нарастаниям тока коллектора.

Процесс нарастания тока коллектора описывается эмпирической формулой

. Приравняв в уравнении , определим время фронта нарастания тока:

, где , ,

Если =1, то можно говорить об активной длительности фронта, когда меняется от 0,1 до 0,9 . Тогда активная длительность фронта:

.

В момент времени меняется полярность напряжения на выходе ГИ. Входной ток также меняет полярность. Начинается процесс выключения транзистора VT, который состоит из двух фаз: процесса рассасывания неосновных носителей в базе транзистора VT и процесса спада тока коллктора (среза импульса тока).

Время рассасывания это то время в течение которого избыточный объемный заряд в области базы уменьшается до граничного. На этом интервале времени ток коллектора остается неизменным и равным току коллектора насыщения. Транзистор как бы «не замечает» что ток базы прекратился. Чем больше коэффициент насыщения, тем больше объемный заряд накоплен и, соответственно, больше время рассасывания. Применительно к напряжению на емкости эмиттерного перехода можно говорить о большом напряжении на этой емкости.

Когда отпирающий ток заканчивается, начинается процесс уменьшения объемного заряда в области базы. Заряд может уменьшаться по двум причинам: за счет естественной рекомбинации носителей заряда и за счет создания обратного тока базы . До тех пор пока объемный заряд в базе больше граничного, т.е. напряжение на емкости эмиттерного перехода > , VT остается открытым и насыщенным.

В момент времени объемный заряд уменьшается до граничного. Время рассасывания заканчивается и начинается процесс уменьшения тока коллектора, который занимает время , называемое время среза.

Время рассасывания и время среза определяется эмпирическими формулами:

, .

При время рассасывания .

Из анализа выражений, определяющих времена фронта, рассасывания и среза, можно сделать выводы, что:

1. время фонта уменьшается, если коэффициент насыщения увеличивается;

2. время рассасывания уменьшается, если коэффициент насыщения уменьшается;

3. время рассасывания и время среза уменьшаются, если обратный ток базы увеличивается.