Переходные процессы

При анализе переходных процессов удобно пользоваться методом заряда базы. Согласно этому методу в любой точке базе количество положительных и отрицательных зарядов одинаково и количество их изменяется с одной скоростью. Положительный заряд обусловлен примесью, а отрицательный только ионами. На основание уравнения электронейтральности Qд+Qр=Qп.

Д ифференцируя это выражение получаем

С учетом постоянной составляющей можно записать

Это уравнение называется уравнением заряда базы, которое показывает, что ток базы расходуется на пополнение убыли заряда исчезнувших зарядов в результате рекомбинации, а также на накопление заряда соответствующее данному току.

Q(∞)=i_б*τ — нелинейно так как τ зависит от режима работы, но можно полагать что линейно в активном режиме и режиме насыщения. Необходимо знать как закон изменения тока базы, так и начальное значение заряда базы. Когда ток базы изменяется скачкообразно и при этом принимает новое постоянное значение ток базы, тогда общее решение представляет вид

i _б = I_б = const

На границе активной области и области насыщения, когда справедливо выражение h21э = Iб.нас = Iк.нас, в базе транзистора имеется называемый граничным и определяется через выражение Qгр = τ/h21э = Iк.нас

Рис.25 Диаграмма распределения неосновных носителей заряда при разных режимах работы

Рис.26

1. З адержка фронта (t0-t1) — она обусловлена перезарядкой барьерных емкостей Сэ, Ск. В исходном состоянии, когда ключ заперт, на базе транзистора имеется напряжение смещения. Время задержки

2. U_бэ.пор — напряжение при котором открывается транзистор. Сэ, Ск порядка 30пФ, Rб порядка 2кОм, τ порядка 4нс.

3. Формирование фронта (t1-t2) — характеризуется положительным фронтом. Пусть в момент открывания ток достаточен для последующего насыщения транзистора.

Рис.27

Время формирования порядка 0.2мкс.

4. Накопление носителей (t2-t3) — заряд нарастает. Процесс заканчивается при определенном токе базы. Время накопления t_н=(3-5) τ_н, Q=I_б1* τ_н.

5. З акрывание транзисторного ключа (t3-t4) — состоит из двух процессов. Ток базы один скачком переходит в ток базы два. При отрицательном токе базы два начинается экстракция из базы носителей заряда: -рассасывание избыточного заряда; -формирование отрицательного фронта; Ток коллектора не меняется. Для анализа процесса рассасывания записываем выражение

е сли Q = Qгр, а Q(0) = I_б1*τ_н

М ожно упростить

Время рассасывания и связанная с ним задержка уменьшаются с увеличением запирающего сигнала и убыванием степени насыщения, поэтому большие отпирающие токи, которые выгодны с точки зрения длительности положительного фронта нежелательны с точки зрения запирания ключа.

6. Формирование отрицательного фронта (t4-t5) — рассасывание избыточного заряда может произойти одновременно у коллекторного и эмиттерного перехода, а также оканчиваться раньше у коллекторного или эмиттерного перехода. Пусть к началу момента t3 избыточные носители начинают рассасываться у коллекторного перехода, тогда

Рис.28

Коллектор смещается в обратном направлении и транзистор начинает работать в активном режиме. Ток коллектора изменяется вызывая соответствующие уменьшения тока эмиттера. К моменту времени тэ рассасываются избыточные заряды у эмиттерного перехода, тогда эмиттерный переход смещается в обратном направлении и транзистор начинает работы в режиме отсечки токов. После тэ рассасываются заряды оставшиеся в базе. Длительность отрицательного фронта