Робота транзистора на високих частотах і в імпульсному режимі. Граничні режими роботи біполярних транзисторів, страница 2

У момент часу t2 (рис.3.22в) напруга  UБЭ  досягає порогового значення UБЭ пір, при якому починається інтенсивна інжекція електронів з емітера в базу. При цьому виявляється велика дифузійна місткість  СЕ дф, тому зростання напруги UБЭ сповільнюється. В ланцюзі колектора з'являється струм (рис.3.22д), що створює падіння напруги на резисторі R2, тому вихідна напруга починає знижуватися (рис.3.22е).

Інтервал часу між моментом наростання фронту вхідного імпульсу струму до значення, відповідного 10% його амплітуди, і моментом наростання фронту вихідного імпульсу струму до значення, відповідного 10% його амплітуди, називають часом затримки tзд.

Час наростання.  При  t >t2  струм колектора наростає до IК нас, а вихідна напруга зменшується до значення UКЭ нас . Інтервал часу між моментом наростання фронту вихідного імпульсу струму від значення, відповідного 10% його амплітуди, до значення, відповідного 90% його амплітуди, називають часом наростання tнр= t3 - t2 . У момент часу t3 струм колектора рівний 0,9 IК нас, а вихідна напруга знижується до UКЭ нас+ 0,1ДU .

Протягом стадії наростання струму колектора транзистор знаходиться в активному режимі. Час наростання визначається інерційністю транзистора - цей час прольоту електронів через область бази і переходу колектора і час перезаряду бар'єрної місткості переходу колектора.

Сумарний час  tвкл= tзд+tнр  називається часом  включення. Для зменшення часу включення необхідно зменшувати місткості CЭ бар, СЬК бар, Сн, сумарний час прольоту електронів через область бази і переходу колектора і збільшувати в.

Починаючи з моментом часу t2 (рис.3.22г) в базі нагромаджується заряд електронів QБ . У момент часу t3 він досягає значення QБа, характерного для активного режиму при  IК =0,9 IК нас. При  t > t3  транзистор переходить в режим насичення, а заряд QБ прагне значення  QБ нас, характерного для цього режиму.  Одночасно при t > t3 відбувається накопичення заряду QК дірок в колекторі, цей заряд прагне значення QК нас, відповідного сталого режиму насичення. Таким чином, в транзисторі нагромаджується надмірний (в порівнянні з активним режимом) заряд неосновних носіїв  Qизб=QКнас+QБнас - QБа . На цьому етапі (t > t3) струм колектора і вихідна напруга змінюються трохи.

Час розсмоктування. У момент часу t=t4, коли вхідна напруга змінюється від значення  ЕБ1  до  -ЕБ2, починається процес включення. В ланцюзі бази з'являється негативний струм -IБ2 ? - ЕБ2/R1 при ЕБ2 >>UБЭ . З цим струмом пов'язано стрибкоподібне пониження  напруги на базі, обумовлене зміною напруги  на опорі бази дUБЭ . Великий негативний базовий струм утворюється рухом електронів, накопичених в базі в режимі насичення. Цей струм має ту ж природу, що і зворотний струм  р - n - переходу при виключенні. На емітерному і колекторі переходах залишаються прямі напруги до тих пір, поки концентрація надмірних неосновних носіїв у меж переходів в базі і колекторі не зменшиться до нуля. Це явище аналогічно збереженню прямої напруги на  р - n - переході при перемиканні з прямого струму на зворотний. Таким чином, на цій стадії на базі зберігається позитивна напруга, струм колектора залишається постійним, рівним IК нас, а вихідна напруга - низьким, рівним UКЭ нас .

Інтервал часу між моментом подачі на базу замикаючого імпульсу і моментом, коли напруга на колекторі транзистора досягає заданого рівня, рівного UКЭ нас +0,1 ДU називається часом розсмоктування tрас . Згідно  рис.3.22е  tрас= t5 - t4 . До моменту часу t5 надмірний заряд віддаляється, транзистор переходить з режиму насичення в активний режим, починається спад струму колектора і підвищення вихідної напруги.

Час спаду. При t > t5 струм колектора зменшується до нуля (рис.3.22д), а вихідна напруга підвищується до ТЕНЬК . Інтервал часу спаду вихідного імпульсу струму від значення, відповідного 90% його амплітуди, до значення, відповідного 10% його амплітуди, називається часом спаду tсп= t6 - t5 .При малої місткості Сн конденсатора (Сн<< вCК бар) навантаження підвищення вихідної напруги закінчується у момент часу t6 одночасно із спадом до нуля струму колектора, при цьому струм і напруга зраджується в часі приблизно по експоненціальних законах з однаковою постійною час, характерної для часу наростання.

Сумарний час tвык= tрас + tсп називається часом виключення. При великій місткості  Сн > вCК бар  час підвищення вихідної напруги  tнрU = t7 - t5  (штрихова лінія на рис.3.22е) може значно перевищити час спаду струму  tсп . Після припинення струму (тобто при t > t6) колектора перехідний процес наростання напруги визначається тільки зарядкою конденсатора навантаження через резистор R2.

3.10  Граничні режими роботи біполярних транзисторів

На мал. 3.23  представлена типова діаграма області безпечних режимів (ОБР) роботи біполярних транзисторів.

Горизонтальний відрізок АВ, обмежуючий ОБР по струму, визначає значення максимально допустимого постійного струму  колектора IК max . Перевищення цього значення при струмових перевантаженнях приводить до поступового руйнування конструкції транзистора - як правило, в місці контакту вихідного електроду з кристалом напівпровідника. Крім того, такі перевантаження викликають необоротне зниження параметрів транзистора - раніше всього коефіцієнта передачі струму.