Електронні ключі (Глава 3 навчального посібника), страница 10

звідки зрозуміло, що час затримки вмикання зменшується, якщо знижувати паразитну ємність С_вх, збільшувати стрибок напруги відчинення та запроваджувати безпосередній зв'язок між каскадами. В останньому випадку струм від джерела сигналу е перемикається то на заряджання ємності С_вх, то до бази транзистора; протягом t_з0 він залишається майже постійним, у середньому на рівні

                                                     (3.31)

тому

        ,

звідки

                                                                                            (3.32)

Фронт вмикання починається (момент t₂), коли емітерний перехід відчиняється і вхідний опір транзистора стає малим. Через це вхідний струм перемикається до бази, сягаючи практично стрибком значення I_б1, напруга на базі фіксується на рівні U_пр» U_п, внаслідок чого величина I_б1 визначається за (3.10).

Кількість електронів, що виводяться до вхідного кола через базу за одиницю часу, при цьому пропорційна величині I_б1, а тих, що інжектуються з емітера до бази, пропорційна (h_21e+1)I_б1. Решта електронів, пропорційна h_21eI_б¹_, поширюється внаслідок дрейфу та дифузії через базу до колектора й поступово біля нього зростає концентрація носіїв заряду. За позитивного потенціалу колектора відбувається екстракція (відбирання) електронів у зовнішнє коло, тому з’являється колекторний струм, який зростає плавно, у міру збільшення концентрації носіїв заряду біля колектора. При цьому транзистор опиняється в активному режимі, робоча точка рухається лінією навантаження (див. рис. 3.6,г) за траєкторією В-А-Н і коли (момент t₃) вона потрапляє в положення Н, транзистор переходить до режиму насичення, колекторні струм і напруга  фіксуються на рівні I_к.н та U_к.н .

Згідно з (3.29) зростання колекторного струму відбувається експоненційно:

                                                                                      (3.33)

тому тривалість фронту вмикання дістанемо за (3.2), припускаючи i_к(t_п)=0, i_к(t_к)=I_к.н=h21eI_б.н, i_к(¥)=h_21eI_б1:

.

Аби зменшити фронт вмикання, необхідно зменшувати, як і для інших етапів перехідного процесу, сталу часу t_be=t_b+(h21e+1)C_кR_к, тобто вибирати високочастотні транзистори з малим значенням t_b=1/2pf_b і з малою ємністю колекторного переходу C_к, а також збільшувати струм відчинення I_б1. У режимі великого сигналу, який забезпечується в багатьох випадках під час вмикання, виконується умова I_б1»I_б.н, тобто  S»1, тому згідно з (3.3)

                                                                                                                      (3.34)

Якщо досліджуваний ТК працює на схожий ключовий елемент, то останній почне перемикатися після моменту t₂ по досягненні на виході u_к порогової напруги U_п  через час

який за умови Е1»Uп  наближається до tф0. Тому з урахуванням інтервалу tз0 час затримки поширення під час вмикання становить

                                                                                             (3.35)

По входженні транзистора до режиму насичення (момент t3), відбувається процес нагромадження надлишкового заряду в його шарах, в основному, в базі, бо за одиницю часу з емітера інжектується й поширюється в базі кількість електронів, пропоційна h_21eI_б1, більша, ніж рекомбінується колекторним струмом: I_к.н<h_21eI_б1. Решта електронів, пропорційна за одиницю часу величині h21e(Iб1-Iб.н), утворює надлишковий заряд,  який на часовій діаграмі можна умовно  відобразити  позірним  колекторним струмом (на рис. 3.8 заштриховано). У момент t4 цей процес закінчується усталенням у транзисторі рівноважного заряду. На інтервалі (t3, t4) транзистор перебуває в режимі насичення, тому всі параметри його змінюються відносно активного режиму, зокрема, стала часу tbe у виразі (3.33), який тепер відображає позірний струм, приймає нове, усереднене значення tн, яке для бездрейфових транзисторів становить tн=(0,5...1)tb, а для дрейфових tн≥(1,5...2)tb, але час нагромадження має невелике практичне значення з точки зору споживача вихідного сигналу, тому можна вважати орієнтовно tн » tb та час нагромадження tн » (2...3)tн.