Електронні ключі (Глава 3 навчального посібника), страница 11

3. Вимикання ТК. Під дією негативного перепаду вхідної напруги (момент t5) процес вимикання відбувається в  три етапи: час розсмоктування надлишкового заряду або затримка вимикання tр=tз1, фронт вимикання колекторного струму tф1 та фронт усталення напруги на колекторі t1ф.с.

Після стрибкоподібного зменшення напруги е майже до нуля заряд у шарах транзистора (як у конденсаторі) лишається на попередньому рівні, обидва переходи залишаються зміщеними в прямому напрямку, а транзистор – насиченим. Через те, що напруга на базі Uпр перевищує вхідну Е0 » 0, базовий струм стрибком змінює свій напрямок (рис. 3.9,б) до величини

                                                                                                               (3.36)

а за безпосереднього зв’язку між каскадами, коли база досліджуваного ТК з’єднана з колектором насиченого ключа – джерела сигналу, цей струм обмежується практично лише базовим опором транзистора

і може значно перевищувати струм Iб.н. Зворотним струмом бази Iб- і колекторним Iк.н, який певний час підтримується на попередньому рівні, відбувається розсмоктування надлишкового заряду, нагромадженого в шарах транзистора, що відображається на часовій діаграмі експоненційним спаданням позірного колекторного струму на інтервалі (t5,t6) зі сталою tн, бо транзистор ще перебуває в режимі насичення. Моделюючи транзистор чотириполюсником із коефіцієнтом передачі В(p), доходимо висновку, що згідно з (3.29) позірний колекторний струм має прямувати до величини iк(¥)=-h21eIб-. Отже, припускаючи iк(tп)=h21eIб1, iк(tк)=Iк.н, дістаємо

                                                     (3.37)

де Sз=Iб- /Iб.н – коефіцієнт зачинення. У режимі великого сигналу, якщо Sз»S»1, здобуваємо орієнтовне, якісне співвідношення

                                                                                                                  (3.38)

з якого видно, що для зменшення часу розсмоктування необхідно знижувати струм відчинення Iб1, тобто коефіцієнт насичення S, бо при цьому нагромаджується менший надлишковий заряд, та збільшувати струм зачинення Iб-, тобто коефіцієнт Sз, бо при цьому швидше розсмоктується надлишковий заряд.

Починаючи з моменту t6, транзистор знов переходить до активного режиму, бо заряд у базі вже не спроможний підтримувати колекторний струм на рівні Iк.н, тому струм зменшується, а напруга на колекторі збільшується. Через це колекторний перехід зміщується в зворотному напрямку, тобто еквівалентний діод Vб.к зачиняється, отже, транзистор опиняється в активному режимі.  Коли (момент t7) заряд у транзисторі зменшується до нуля, у зворотному напрямку зміщується також емітерний перехід, тобто діод Vб.е також зачиняється, транзистор переходить до режиму відтину, струми Iб- та iк припиняються, завершується формування фронту вимикання колекторного струму транзистора tф1. Його тривалість визначаємо аналогічно попередньому етапу tр, враховуючи, що стала часу на цьому інтервалі має усереднене значення tbe:

                                                        (3.39)

Для зменшення фронту вимикання необхідно зачиняти ТК великим сигналом, внаслідок чого транзистор опиняється в режимі динамічного відтину, під час якого його стала часу може  зменшуватися до tв » tbe/4. Вираз (3.39) спрощується до

                                                                                                           (3.40)

Отже, вибором високочастотного транзистора та режиму великого сигналу фронт вимикання колекторного струму tф1 можна зменшити практично до нехтовно малої величини. Проте наявність ємності навантаження Сн (рис. 3.9,в) навіть за стрибкоподібного припинення колекторного струму (миттєвого розмикання перемикача S) призводить до повільної зміни вихідної напруги  u=uк через заряджання конденсатора Сн струмом iз. Внаслідок цього зміна напруги uк відстає від струму iк (пунктир на рис. 3.8). З урахуванням впливу ємності навантаження фронт усталення колекторної напруги становить