1.2.2. Время положительного фронта

Анализ времён переходного процесса транзисторного ключа удобно проводить, используя упомянутый ранее метод заряда.

После окончания стадии задержки транзистор отпирается, его коллекторный ток растёт по экспоненциальному закону и ограничивается значением: , при этом транзистор работает в линейном режиме. Когда значение коллекторного тока достигает величины , его дальнейший рост прекращается, и на этом заканчивается формирование положительного фронта включения ключа. На участке формирования этого фронта транзистор работает в активном режиме, ток коллектора меняется вместе с изменением заряда в базе и связан зависимостью: , где  - эффективное время жизни неосновных носителей в базе.

Подставив изменение в зависимость с , получим: , который с учётом влияний и R_K будет равен: , где - эквивалентная постоянная времени жизни неосновных носителей в базе: .

Как указывалось выше, окончание формирования будет при условии . И тогда выражение для времени положительного фронта нарастания выходного напряжения будет равно:

.

При большом отпирающем сигнале ( ) фронт импульса близок к линейному виду. Используя разложение в степенной ряд экспоненциальной функции (ряд Маклорена) для , , получим упрощённое выражение для тока .

Динамические параметры транзистора, включённого по схеме с ОЭ будут определяться постоянной времени . В свою очередь, постоянная времени связана зависимостью от : . Приравнивая и подставляя текущее значение , получим выражение для положительного фронта: .

1.2.3. Накопление носителей

После достижения транзистором режима насыщения происходит накопление неосновных носителей зарядов в его базе при неизменных внешних токах.

Постоянная времени накопления носителей зависит от технологии изготовления транзистора и определяется средним временем жизни неосновных носителей в той части базы, которая ближе расположена к коллекторному переходу. Это распределение носителей близко к их распределению при работе транзистора в инверсном активном режиме .

Значение постоянной времени накопления носителей на практике определяется через время рассасывания:

.

Для большинства дрейфовых транзисторов постоянная времени накопления обычно лежит в пределах постоянных времени для нормального и инверсного режимов работы транзистора:

.

Время накопления продолжается в течение:

.

1.2.4. Время рассасывания

При подаче сигнала выключения заряд в базе транзистора не может измениться мгновенно. Поэтому транзистор некоторое время находится в насыщении и, следовательно, является проводящим элементом, его ток коллектора практически не меняется.

Для нахождения времени рассасывания удобно использовать вышеуказанный метод заряда.

Выражение для тока базы имеет вид:

.

Тогда, при упрощённом подходе ток базы включает в себя две составляющие: величину накопленного заряда и рекомбинацию носителей заряда (электронов) через р-n переходы.

При сигнале выключения (стационарный режим) значение и ток базы будет равен .

Изменение заряда в базе можно выразить через время жизни неосновных носителей и ток коллектора:

.

На границе областей насыщения и активной это значение заряда будет равно: .

Изменение заряда происходит по экспоненциальному закону:

.

Если на входе ключа действует длительный отпирающий импульс, то величина установившегося значения заряда в базе будет равно: .

С учётом длительности входного импульса начальный накопленный заряд в базе будет определяться выражением:

.

Полагая , , а , можно получить выражение для времени рассасывания, которое будет определяться как:

где – разность токов включения и выключения.

Рассмотрим зависимость , в которой (используя разложение в ряд Маклорена). Тогда или .

Решая относительно времени рассасывания, получим: ,

где , то есть рассасывание избыточного заряда в базе уменьшается при увеличении I и меньшей величине степени насыщения N, что противоречит требованиям при рассмотрении сокращения длительности положительного фронта , которое зависит от величины отпирающего тока I_Б.

При этом возможны два вида рассасывания:

1. Если выполняется условие , то имеет место нормальное или коллекторное рассасывание, при котором .

2. Если , то ток будет положителен. Это означает, что носители (токи I_Э и I_К), втекая в базу, рекомбинируют с накопленным в ней избыточным зарядом. Если ток , то снова будет нормальное или коллекторное рассасывание. При транзистор, выйдя из насыщения, будет находиться в инверсном активном режиме (инверсное или эмиттерное рассасывание), что типично для дрейфовых транзисторов.

Граничное значение эмиттерного заряда будет равно:

, где .

И при длительном входном импульсе получим время эмиттерного рассасывания: .

Если , то, сравнивая их выражения, можно получить условие для осуществления эмиттерного рассасывания:

.