Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В

исключает попадание на вход транзистора постоянного напряжения, если оно имеется в источнике колебаний (переменного напряжения ~U).

Первая выходная характеристика при iб=0 выходит из начала координат и напоминает обычную характеристику для обратного тока полупроводникового диода (рис. 3.6).

Рис. 3.6

Условие iб=0 соответствует разомкнутой цепи базы. При этом через весь транзистор от эмиттера к коллектору проходит

сквозной ток iк э0 (рис. 3.7)

Рис. 3.7

В семействе выходных характеристик построение рабочей характеристики, иначе называемой линией нагрузки, производится по заданным или выбранным значениям напряжения источника питания Е2 и сопротивления нагрузки Rн.

36

Пусть в цепь коллектора включен резистор нагрузки Rн и, соответственно, на ВАХ построена линия нагрузки.

Поскольку для выходной цепи транзистора справедливо уравнение Е2=Uк-э+iкRн , то построение линии нагрузки производится по точкам ее пересечения с осями координат – так же, как и для диода. При iк=0 получается Е2=Uк-э (точка М) А при Uк-э=0 получа-

нагрузки (рабочую характеристику).

До поступления на вход транзистора импульса входного тока или входного напряжения транзистор находится в запертом состоянии (в режиме отсечки), что соответствует точки Т1. В цепи

коллектора проходит малый сквозной ток iк э0 , и следовательно эту

цепь приближенно можно считать разомкнутой. Напряжение источника Е2 почти полностью приложено к транзистору.

Если на вход подан импульс тока Iб max , то транзистор переходит в режим насыщения и работает в точке Т2. Получается им-

пульс тока коллектора I к max , очень близкий по значению к E2 .

Rн

Его иногда называют током насыщения. В этом режиме транзистор выполняет роль замкнутого ключа и почти все напряжение источника Е2 попадает на Rн, а на транзисторе имеется лишь очень небольшое остаточное напряжение (десятые доли вольта), называемое режимом насыщения Uк-э нас.

С подачей импульсного сигнала напряжение Uк-э на эмиттерном переходе в точке Т2 не изменяет знак, но на самом коллекторном переходе оно вычисляется по формуле Uк-б= Uк-э нас-Uэ-б и становится прямым и поэтому точка Т2 действительно соответствует режиму насыщения. Максимально возможное значение импульса

точка коллектора I к max ~ Е2 .

Rн

Помимо I к max , Iб max и Uк-э нас импульсный режим характеризуется также коэффициентом усиления по току В, который ха-

37

рактеризует усиление больших сигналов (импульсов) и определяет-

ся из соотношения В Iк max .

Iб max

Параметром импульсного режима транзистора служит также его сопротивление насыщения

обычно составляет единицы, иногда десятки Ом.

3.3.2. Переходные процессы в транзисторных ключах.

Ключ включает и выключает участки электрической цепи. Его действие основано на том, что во включенном состоянии он обладает очень малым, а в выключенном – очень большим сопротивлением.

Основными параметрами транзисторного ключа являются сопротивления во включенном и выключенном состояниях, остаточное напряжение на ключе и быстродействие, определяемое временем переключения.

Ключи используются не только по прямому назначению, но

ивходят в основные цифровые элементы и импульсные устройства.

Включевом каскаде транзистор обычно включается по схеме ОЭ. Ключевой каскад может находиться в одном из двух стационарных состояний: во включенном (транзистор насыщен) и выключенном (транзистор заперт) (рис. 3.8)

Рис. 3.8

38

Режим насыщения возникает при положительном управляющем напряжении, если создаваемый им базовый ток Iб удовле-

U к.нас Ек Iк.нас Rк 0

Транзистор заперт (режим отсечки) при отрицательном управляющем напряжении, если оно обеспечивает запирание эмиттерного перехода (Uб-э≤0). Так как в рассматриваемом режиме в цепи базы проходит вытекающий из нее обратный ток коллекторного перехода Iк0, то указанное условие имеет вид

–Uупр+Iк0 max, где

Uупр - абсолютное значение отрицательного управляющего напряжения.

Так как транзистор является инерционным прибором, то переход ключа из одного стационарного состояния в другое происходит не мгновенно даже при бесконечно крутых перепадах входного напряжения.

Процесс перехода ключа из выключенного состояния во включенное имеет две стадии: задержку и фронт включения.

Задержка включения.

tз вкл обусловлена наличием входной емкости Свх транзистора, заряжающийся через резистор Rб, благодаря чему напряжение на эмиттерном переходе запаздывает относительно выходного напряжения.

Длительность фронта включения.

tф вкл зависит от времени распространения носителей от эмиттера через базу к коллектору, значения коллекторной емкости и уменьшается с увеличением базового тока включения транзистора.

Процесс перехода ключа из включенного состояния в выключенное содержит стадии задержки и фронта выключения.

39

Задержка выключения связана с тем, что под действием выключенного сигнала происходит рассасывание заряда, накопившегося в базе при насыщении транзистора. Длительность рассасывания увеличивается с повышением степени насыщения транзистора и уменьшается с увеличением базового тока включения.

Длительность фронта выключения.

tф выкл зависит от тех же факторов, что и длительность фронта включения, и уменьшается с увеличением базового тока включе-

ния.

С момента появления на входе ключа положительного импульса, сменяющего отрицательный импульс, начинается включение транзистора n-p-n типа.

Общая продолжительность включения транзистора определяется из соотношения tвкл tз.вкл tф.вкл . Задержка включения, обусловлена емкостью Свх транзистора и сопротивлением резистора в цепи базы Rб, определяющих вх Rб Свх - постоянную времени

входящей цепи транзистора, а также амплитудой входного импульсного сигнала Um и величиной порогового напряжения смеще-

ния Uпор (для кремниевых транзисторов Uпор 0,6 В) и вычисляется из соотношения

Длительность фронта включения транзистора обусловлена постоянной времени τэк, определяющей инерционность транзистора, степенью насыщения S, показывающей во сколько раз базо-

RБ

С момента появления на входе ключа отрицательного импульса начинается процесс выключения транзистора.

40