Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 11

 .                                  (2.15)

Возрастание базового тока уменьшает скорость накопления заряда. Поэтому адекватной моделью для (2.13) является эквивалентная схема базо-эмиттерной цепи на рис.2.7.а. В этой схеме ёмкость , называемая диффузионной, моделирует накопление заряда, а ток через резистор  - базовый ток  . При включении генератора тока (2.7)    базовый ток нарастает по мере заряда  по экспоненте

,                                         (2.16)

где .

Линейный режим. Если асимптотическая величина тока  недостаточна по (2.10) для перехода транзистора в режим насыщения: , то при переходном процессе сохраняется  линейный  режим и  коллекторный ток возрастает пропорционально базовому . Можно определить длительность фронта переходной характеристики  линейной импульсной схемы по рис.2.7б  и  (1.13)  как  .           

Для заданной величины заряда  , сравнивая  (2.14)  и  (2.15), находим:

.                                            (2.17)

Схема  рис.2.7а демонстрирует характерную особенность схемы ключа в нестационарном режиме (рис.2.2), состоящую в том, что ток  после включения разветвляется в базо-эмитерной цепи рис.2.7а между резистором  (ток ) и диффузионной ёмкостью: . Поэтому  на стадии переходного процесса (рис.2.7б), пока заряжается дифузионная ёмкость   ,  обычное для транзисторов условие  не выполняется.

Рис. 2.7

Также напомним, что в частотной области граничную частоту линейной схемы с общим эмиттером определяют постояной времени базовой цепи эквивалентной схемы [ ]:   .  Полагая , получают удобную и широко используемую формулу  оценки связи временных и частотных показателей линейных схем:

  .                                   (2.18) 

Режим переключения. При достаточной величине входного тока    транзистор при достижении базовым током величины  переходит в режим насыщения (рис.2.8).  Интервал включения   можно определить с помощью (1.13)  :

.                    (2.19)

Величина сокращается при увеличении открывающего тока. Для достаточно большой величины ,  апроксимируя экспоненту  в  (2.16)  двумя слагаемыми, получим :

.                                         (2.20)

Рис. 2.8

В качестве максимальной величины  открывающего тока можно предположить . Это соответствует практическому случаю, когда источником управляющего напряжения , в схеме ключа рис.2.2 служит коллекторная цепь , предыдущего аналогичного ключевого каскада. Используя такое допущение в (2.20), получим:

                                                         .                             (2.21)

Величину (2.21) можно считать оценкой минимально возможной величины .

Отметим, что время включения определяется током открывающего генератора , а не схемой включения транзистора. Так, для схемы включения с общей базой, если ток генератора, как в рассмотренном примере,  равен току коллектора насыщения, ток коллектора нарастает в линейном режиме с постоянной времени , стремясь к величине . Длительность фронта экспоненциального переходного процеса при этом  оказывается  даже хуже оценки (2.21) для схемы с общим эмиттером.

После момента  коллекторный ток фиксируется на уровне , но ток базы  продолжает увеличиваться (рис.2.8),  стремясь к величине ,  т.е.  продолжается накопление заряда в базе. Поскольку пропорциональная связь заряда и коллекторного тока (2.12) в режиме насыщения прекращается, заряд,  доставленный током  , называют избыточным.

На    диаграммах  (рис.2.8) процесс накопления избыточного заряда изображен штриховой линией, продолжающей экспоненту нарастания коллекторного тока до . Этот ток называют кажущимся [ ], предполагая,  что транзистор якобы остался в активном режиме. Фактически кажущийся ток  показывает наличие в базе транзистора избыточного заряда. Процесс переключения в насыщение завершается установлением статического уровня заряда, т.е.  достижением кажущимся током  асимптотического уровня  за время .

2.2.2. Этапы процесса переключения биполярного транзистора

(влияние диффузионной ёмкости)

После достижения статического состояния насыщения ключа возможно рассмотрение этапа обратного переключения в отсечку.