Главная » Книги и журналы

1 ... 17 18 19 20 21 22 23 24

ir

При омической нагрузке (рис. I5.3,a) иа -сей^йстве выходных характеристик между точками, относящимися к включенному и выключенному состоянию, располагается нагрузочная прямая Кь. С точки зрения допустимой мощности потерь нагрузочная прямая должна быть расположена таким образом, чтобы и при учете скорости переключения ие возникало тепловых перегревов.

При емкостной нагрузке (рис. 15.3,6) в начале процесса переключения напряжение на коллекторе всегда должно оставаться постоянным. Ток достигает при выключении на короткое время максимального значения, а затем приближается к Наоборот, при выключении через короткое время он падает до /л- Отсюда сразу видно, что процесс включения с точки зрения превышения допустимой мощности более опасен, так как /смакс при большом сигнале некоторое время может иметь очень большие значения, превышающие 1е. Перемещение рабочей точки вдоль кривой 6i при очень быстром или вдоль кривой 62 при медленном переключении влияет только на фактически достижимый максимальный ток. Точка включения достигается в любом случае.

При индуктивной нагрузке (рис, 15.3,б) ток в момент переключения сначала поддерживается на своем первоначальном уровне. В дальнейшем при отключении появляется большое напряжение Uce, которое создает угрозу работе транзистора. Если оно больше пробивного напряжения UnncE, то при длительной импульсной нагрузке необходимо ограи]нп1вать величину переключаемого тока. В зависимостн от положения точки включения Ргг возможно даже прохождение части палакмцеГ! нствн мюбивнон В этом случае необходимы ог;);1Ннчите;11 иью диоды.

Другие соотнашения появляются тогда, когда во всей схеме возникают переходные процессы, определяемые характеристическими параметрами транзистора.

В импульсном режиме при управлении малым сигналом транзистор приближенно можно рассматривать как линейный усилитель, и, следовательно, воспользоваться некоторыми определенными параметрам:! этого усилителя, согласованными с импульсной функцией управления для характеристики переходных процессов, что, однако, не исключает установления и в этом случае новых, более подходящих параметров. В режиме управления большим сигналом переходные свойства транзистора неявно зависят от схемы включения. В связи с этим за прошедшее время был развит ряд методов анализа. Первоначально транзистор, управляемый по току и напряжению, принимался, согласно модели Эберса и Молла, как четырехполюсник, чьи входные и выходные параметры связаны друг с другом уравнениями характеристик и уравнениями четырехполюсников. Результаты дали повод рассматривать транзистор как элемент, управляемый зарядом,

i- ч- -

характеристики.

*> Коллекторный ток во включенном состоянии -Is

ttph &)льших аМплйтуДах уй)айлйю111егд сигйала коЛлекториыА ток однозначно уже не зависит от входного, ио зависит от распределения носителей заряда в базовой области, а оно в свою очередь - от времени и от внешней схемы, в которую включен транзистор. Прн рассмотрении транзистора как элемента, управляемого зарядом, заряд в базе считается первичной величиной, а токи - вторичными величинами.

Преимущество этого метода расчета состоит в его простоте, потому что зависимость коллекторного тока от базового заряда значительно более проста, чем от и /в- К тому же изменение коллекторного тока почти моментально следует за изменениями базового заряда (примерно до частот порядка /1), и в рамках этих предположений ие возникает никаких явных зависимостей от времени.

Упрощение расчета приводит к тому, что при этом уже нет необходимости принимать во внимание распределение в пространстве неосновных носителей в базе, а также к тому, что в этом методе расчета иет необходимости проводить иитегрнроваиие уравнений.

Другая методика расчета, предложенная Ли Кеном, рассматривает транзистор как прибор, управляемый спадающим зарядом, так как величина выходного тока зависит от заряда в базе ие непосредственно, а от его распределения, которое при том же самом заряде в базе может быть весьма разнообразным. С помощью этого метода рассмотрения могут быть частично объяснены некоторые несоответствия простой теории управления зарядом.

Далее следует упомянуть, что наряду с типичной электрической моделью Эберса и Молла и весьма абстрактной математической моделью Бифоя и Спаркса имеется весьма приближенная физическая модель заряда Линвилла, согласно которой к элементам схемы замещения вместо напряжения непосредственно подводится концентрация носителей заряда.

Наконец, возможно применение вышеназванных методов рассмотрения в целом для общей схемы замещения, управляемой зарядом.

Независимо от выбранных методов расчета всегда ищут связь между входным сигналом прямоугольной формы и вььходным сигналом с неизвестной зависимостью фронтов от времени, а свойства выходных параметров определяют характеристическими параметрами, по возможности связанными только с транзистором (рис. 15.4):

- время задержки (delay-time) U - время между началом входного импульса, и моментом достижения 10% стационарного значения амплитуды выходного импульса;

- время нарастания (rise-time) U - интервал времени между моментами достижения 10% и 907о стационарного значения амплитуды выходного импульса, измеренной на участке нарастания; ta и tr составляют время включения te=id + tr\

- Время рассасывания (накапления) (storage-time) - время между моментом выключения входного импульса и моментом снижения выходного импульса до 90% стационарного значения;

- время спада (fall-time) tf - время снижения импульса от 90%) до 10% значения амплитудной величины; is и составляют время выключения ta.

<о joo%

Рис. 15.4. Сопоставление во времени входного импульса (причина) и выходного импульса (следствие) с обозначением характеристических времен ключевого рел^има работы. Ордината выходного импульса показана не в масштабе.

Эти времена зависят от типа транзистора, от вида сигнала и выбранной схемы. При выборе соответствующей схемы эти величины переходят в характеристические параметры транзистора (хотя и остаются зависящими от типа управления) и могут быть определены через элементы схемы замещения. Влияние типа управления обычно учитывается заданием некоторой средней рабочей точки , выбор которой определяется необходимостью установления лучшего согласия между экспериментом и расчетом.

15.1. Распределение носителей в базе

Каждому стационарному состоянию соответствует в базовой области бездрейфового транзистора (для дрейфового справедливо аналогичное рассмотрение) некоторое распределение концентрации неосновных носителей, связанное с граничными значениями. При этом граничные значения определяются управляющими величинами (рис. 15.5);

управление по напряжению

(15.5)

управление по току

. dp qADp dx

qAD,

л

Граничные значения задаются либо в виде координат, ибо в виде градиентов, но могут задаваться и в комои-

нированном виде. Зниттер p(,t)

КомАектор

W x

Рпс 15 5 Распределение конЦс11трацни иеосиоиных носителей заряда в области базы с ука:?аннем гра1тчных условии, соответствующих обоим видам управления.

Распределение концентрации носителей в пространстве и во времени определяется уравнением непрерывности. Решения его для двух случаев управления находятся с помощью преобразования Лапласа и имеют вид

для импульса тока эмиттера {Me)

р{х, t)

TzkX

COS exp

(15.6a)

г?

ДЛЯ импульса напряжения на эмиттере [(AC/,)

и

Ро ехр

Л'.

градйеНт концентрации дырок еЩё й6 распространи 1сй от эмиттера до коллектора. Соответствующее время задержки tdd равно

dd-. (15.7)

(15.66)

Распределение концентрации в различные моменты времени и кривая нарастания коллекторного тока показаны на рис. 15.6. Характерной особенностью диффузионного треугольника , изменяющегося во времени, является наличие постоянного (вынужденного) гради-

	л Ш
т	Ж
ш * Ж Ж *

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

г

Рис. 15.6. Воздействие управляющего импульса тока Ые-

а) изменение во времени распределения концентрации дырок в области базы бездрейфового транзистора:

б) н.менение вп времени коллекторного тока со1ласно различным решениям; / - точное решение; 2 - по уравнению (15.9,6).

ента концентрации дырок у эмиттера (при х-0), причем в последующие моменты времени этот градиент все дальше продвигается в базу. Значение градиента концентрации на конце базы (при x=W) характеризуег коллекторный ток, график изменения которого во времени показан на рис. 15.6,6. В начале переходного процесса включения ток ic{t) еще не изменяется, так как

Это время не зависит от других факторов, обусловливающих процесс задержки, кроме времени диффузии, и называется поэтому диффузионным временем задержки (diffusion-delay-time).

К моменту времени е=2,3т1 ic{t) достигает 907о своего стационарного значения; таким образом, время нарастания составляет

г^2Т1. (15.8)

Для оценки характера зависимости ic{t) практически используются приближенные соотношения для участка малых и больших времен, поскольку общее решение слишком сложно:

-~erfc/--) <2.,

(15.9а)

(15.96)

Зти соотношения связаны с приближенной формулой для зави-

симости аь от частоты, а именно: соотношение (15.9а) связано с хо-

дом а'ь в области частот jJ>fi, а соотношение (15.96) -с ходом

аь в области частот /cfi. Часто применяемая формула (15.96) дает завышенную величину времени нарастания, но слишком малую величину времени задержки. Эта формула не отражает правильно физические процессы в базовой области непосредственно после включения импульса тока.

Прежде чем у коллектора установится новый градиент концентрации, в базе должен сформироваться профиль распределения заряда неосновных носителей, вводимых током А1е.

При приложении скачка напряжения А(7 ние для тока iU) выглядит несколько инач\ видеть из функции тока

соотноше-что можно

ir it)

и

k=\.2

(15.10)

Из рис. 15.7 видно, что в отличие от случая, показанного на рис. 15.6, граничная концентрация у эмитте-

pa мгновеййо достигает конечного значения. Заряды, необходимые для установления диффузионного треугольника , вводятся эмиттерным током, а наличие в первый момент времени бесконечно большого градиента концентрации свидетельствует о бесконечно большом токе, протекающем при этом через эмиттер, В дальнейшем градиент концентрации и ток уменьшаются во времени.

t£ изменяется

Рис. 15.7. Изменение во времеии распределения концентрации дырок в базе бездрейфового транзистора при подаче импульса напряже-

1П1Я Eg>.

t возрастает

Переходный процесс прекращается за время зиачитель-ио более короткое, чем время переходного процесса прн управлепип током.

Это выражается в том, что для данного способа управления времена задержки и иараста[1пя [aлы:

и-и - 4~,. (15.11)

Приближенные формулы, описывающие процесс возрастания тока, имеют вид

(15.12)

ехр

Б то время как управление по току легко реализуется, строгое управление по напряжению уже не может быть получено из-за наличия сопротивления базы (/ ь)-Время нарастания внешнего транзистора больше, чем величина, определяемая уравнением (15.11).

Различным методам управления соответствуют и различные распределения в пространстве и времени заряда,

инжектированного в базу

q{t)=qAp{x, t)dx

о

Для обоих видов управления

соотношениями:

управление током

этот заряд определяется

32(- -(.ift/2) ((/2x,)

(15.13а)

Q+(oo).

управление напряжением

<7(0==Q+(oo)

8 ~(Kfe)2 (г/2тН

(15.136)

Q+(oo)

qAW il-rnr

- Pa P

о

Стационарное значение Q(oo) при этом всегда пропорционально площади диффузионного треугольника , устанавливающегося после переходного процесса. Из рис. 15.8 следует, в как1ю моменты времени заряд в базе

у

Рис. ]5.8. Зависимость от времени прироста нормированного заряда (/) = q {t)/Q (сс) при управлении

током (/) и напряжением (2) согласно уравнению (15.13).

0,2 Oh 0,5

0.8 t

AOCtMfuet приблизмелЬйо cЁOё^o ctUHOHapttofd значения. Отсюда видно, что управление по напряжению' дает однозначное преимущество в отношении достижения меньшего времени установления стационарного распределения.

Аналогичная картина переходного процесса наблюдается и при переключении транзистора из активной области в запирающее состояние (рис. 15.9).

.;-..f.-V

P(, t)

P(BBe)

t бозрастаерг

t бозрастает

Рис. 15.9. Перестройка во времени кониеитраций дырок в базовой области бездрейфового транзистора прн его выключении;

а) выключение током мнттера 1 (ог; аничеи11е токя),

б) выключение нагт;}Тже1Н1ем {-EBaJ )

При выключении фиксированным током эмиттера градиент концентрации у эмиттера поддерживается неизмен1{ым, дырки диффундируют как к коллектору, так и к эмиттеру; эмиттер действует как коллектор. Вследствие отсасывания носителей заряда напряжение эмиттер - база Ueb- падает до нуля к моменту времени /i~0,4Ti и затем эмиттерный переход запирается. Так как ток /а вплоть до момента времени t\ приблизительно не изменялся, его можно назвать током короткого замыкания, а само время /i - временем короткого замыкания th. По истечении этого времени градиент концентрации у эмиттера уменьшается, пока, наконец, через переход не будет протекать небольшой остаточный ток (не учитываемый в данном случае).

Аналогичные явления наблюдаются и со стороны коллектора: прежде чем ток коллектора упадет до нуля, должно пройти определенное время. В этом смысле транзистор не может действовать как идеальный ключ, так ак и после переключения в течение определенного времени еще протекает постоянный ток.

г

Если транзистор переключается из активной области в область отсечки приложением запирающего напряжения U< 0. то в первый момент времени протекает бесконечно большой ток эмитт^а, хотя ток коллектора практически не изменяется. Вследствие быстрого отсасывания носителей заряда преимущественно через эмиттерный переход в течение короткого промежутка времени протекает большой ток дырок, который быстро уменьшается до значения, равного запирающему току эмиттера.

Для практических расчетов точные модели процессов выравнивания концентрации во внутреннем транзисторе слишком сложны, хотя и они уже основываются на очень идеальных соотношениях и исключают влияние пассивных элементов. В практических случаях требуется переходить к простейшим зависимостям от времени, даже рискуя получить картину процессов, не во всех подробностях отражающую физические явления.

15.2. Схема замещения для импульсного и ключевого режима работы

Поскольку при анализе ключевого режима трудно говорить о точной временной зависимости токов, то достаточно воспользоваться схемой, изображенной на рис. 15. 10. Точные схемы замещения, которые учитывают также и условия режима работы большого сигнала, гораздо сложнее.

транзистор

Рис. 15.10. Эквивалентная схема замещения транзистора для ключевого режима работы с окружающей его внешней схемой.

Схема замещения связана с представлением о том, что транзистор можно заменить двумя диодами, связанными друг с другом генераторами токов. Их эквивалентные сопротивления зависят от режима работы: в прямом направлении оно мало, в запирающем - напротив, велико. Прямое сопротивление приближенно мож-

но представить как параллельное соединение диффузионного сопротивления и диффузионной емкости. В запираюпдем направлении проводимость определяется главным образом зарядной емкостью. Переключение диодов из запирающего состояния ib прямое и обратно моделируется с помощью встроенных ключей Se и 5с, которые коммутируют напряжения и^, и ti,.

Так, например, эмиттерный диод, смещенный в прямом направлении, описывается уравнением

а ch а sh а

и

j e + i

1 + i ((/(Огп) Ц

Через коллекторный запирающий слой протекает ток

rjbh а Ь' (1

Лпалоыишым образом выглядя г coornonieinui для случая, когда коллекторный переход инжектирует посп-тели заряда, а транзистор в целом работает в инверсном включении. При этом во все соотгюшеиня необходимо ввести Гс/с, аог и 0)1 (.

Вместо граничных частот (ощ, (.ои моллю ввести соответствующие диффузионные емкости, причем значение емкости Ced, связанное с (От и равное C/l/comJ, идентично с ранее рассматривавшимся значением. Однако значение елп<ости, рассматриваемой со стороны коллектора, пе может быть идентифицировано с диффузионной

емкостью коллектора Ccd-

Если схема замещения дополняется еще и зарядными емкостями, и в рассмотрение вводятся статические коэффициенты передачи тока Лу и Ai (которые наиболее уместны прн анализе рел^има большого сигнала), то такая схема замещения будет удовлетворять большинству требований.

Полезность схемы часто зависит от того, насколько удалось отразить влияние рабочей точкп на элементы схемы нли установить эти элементы для такой рабочей точки, для которой результаты измерении более нли менее совпадают с оценочными расчетами.

Например, при изменении запирающего напряжения от-Ut до -1/2( Ii I > 1 fal) изменяется зарядная емкость р-п перехода Cs(U).

х -

(15.14)

средняя (интегральная) емкость ff* отределяется как отношение суммарного заряда aq, протекающего во внешней цепи, к изменению напряжения AU:

AQ= f С, (U) dU = г?, (f/j - U\).

Если считать, что р-п переход резкий, для которого Cs=const U-, то выражение-для интегральной емкости приобретает вид

С. = С, (V,) -

(15.15)

Если Vi = 0, то емкость Cs равна удвоенной дифференциальной емкости. Для линейных р-п переходов и, в частности, для переходов кремниевых транзисторов с большой контактной разностью потенциалов значения коэффициента пропорциональности между интегральной и дифференциальной емкостью несколько меньше двух.

15.3. Ключевые свойства транзистора в схеме с общим эмиттером при омической нагрузке

Схема с общим эмиттером находит широкое применение не только в цепях с непрерывным изменением сигнала, но и в цепях со скачкообразно изменяющимися сиг-палами, так как и в этом случае большой коэффициент усиления тока является благоприятным фактором. В этом режиме работы особенно ясно видно, от каких величин зависят четыре характеристические постоянные времени td, tr, ts и при использовании общих соотношений и при каких ограничениях они должны рассматриваться только как некие характеристические параметры.

Для рассмотрения полного цикла переключения перед его началом транзистор следует запереть напряжением Ока (т. е. Ueb<0) и считать, что в момент времени /==:=0 тра413истор включается напряжением Ueq- На рнс. 15.11 схематически показано изменение коллекторного тока. Непосредственно после включения, прежде чем вообще станет возможным управление коллекторным током, должна разрядиться зарядная емкость эмиттера, находящаяся под напряжением и^а. Поэтому сначала через коллектор протекает в обратном направлении малый ток. По мере того как разрядка емкости Ces заканчивается, напряжение Ueb возрастает, пока, наконец, по истечении времени задержки td\ достигается значение Ueb{tdi) =0 (условие для определения времени tdi), В интервале времени 0<<н транзистор заперт. В течение последующего интервала времени ti<t<t2 37-1323 417

(активный нормальный режим) ток ic возрастает Приблизительно по экспоненциальному закону, но лишь по истечении другого времени .задержки, определяемого процессом перестройки заряда в базе. В обш.ей сложности время ti>idi охватывает все время, связанное с процессами задержки при включении. По истечении времени задержки папряжение UcBr из-за наличия последовательного сопротивления коллектора по модулю непрерывно уменьшается, а в момент времени ti проходит через нуль.

О

0. Пси О

Постоям ~ ная бре \мена

хШюоянная I брмена

UJ--

J U--

Рис. 15.и. Изменение кол.чекторного тока при включении и при выключении транзистора в схеме с общим эмиттером нмн\-Л1,сом напряжения 1 а эмиттере.

В ЭТОТ момент и коллекторный диод начинает инжектировать носители заряда в базу. В момент времени т. е. при входе транзистора б область насыщения, протекает коллекторный ток, равный

при н^ (д-о. (15.16)

Этому состоянию соотг^етствует напряжение на входе и .., обеспечивающее протекание тока / ...

Если возможность входа в область насыщения исключается (например, в случае i?c = 0), то ic стремится к стационарному значению /см, причем коллекторный диод все время остается запертым.

Для удобства дальнейшего анализа необходимо ввести коэффициент насыщения:

т

при управлении током). (15.17)

Значение т=1 noKaBbiBaet, 4to транзистор pa6oTaet всегда в активной области, в то время как т>1 характеризует состояние насыщения.

Время нарастания коллекторного тока зависит от временной характеристики тока ic в интервале времени:

tiKtKh т>1 режим насыщения,

/i</<3 т=1 отсутствие насыщения Эти времена определяются обычным образом.

Пусть включение транзистора происходит в тот момент времени з, когда в базе (и в случае отсутствия насыщения) уже установилось стационарное состояние (т. е. tztr). При переключении входного напряжения с Ueb на Ува из насыщенного транзистора прежде чем коллекторный диод сможет вернуться в активную область, должен быть удален заряд, накопленный в емкости Сс. Легко понять, что напряжение Ueb в момент времени /4 проходит через нуль (случай / на рис. 15.11). Емкость эмиттера {СсСеа) разряжается раньше, чем емкость Сс. В интервале времени ti,<t<tb транзистор работает в активном инверсном режиме и лишь при />fi он запирается.

В интервале времени /4 - 5 коллекторный ток несколько возрастает, однако он пе может достигнуть стационарного значения, соответствующего активному инверсному режиму. Как правило, этот случай встречается только при очень больших напряжениях выключения.

Значительно важнее случай 2, когда напряжение u,

в момент времени /5 уже проходит через нуль, тогда как эмиттерный диод еще смещен в прямом направлении (малые напряжения выключения). Разрядка эмиттерной цепи транзистора происходит только после разрядки емкости С с. Поэтому ток остается постоянным вплоть до /=5, пока из базы не будет удален весь избыточный заряд. По истечении времени ,- 5-(время накопления) избыточный заряд может уже считаться в основном удаленным из базы, причем в момент времени h напряжение исвг становится-равным нулю *\ С этого момента начинается нормальный спад тока ic, характеризуемый временем спада tf.

После этих предварительных замечаний процессы включения и выключения могут быть рассмотрены ко-

*> Это условие используется для практического определения времени накопления ts.

Лйчественно при условий наличия омической нагрузки в цепи коллектора, и определены характеристические времена /d, tr, tg, tf как функции параметров транзистора и схемы включения (считается, что Re=0),

15.4. Процессы включения и выключения транзистора

Процесс включения. Суммарное время включения складывается из времени задержки и времеии нарастания (рис. 1-5.11).

В течение времеии задержки протекают три процесса, следующие друг за другом: перезарядка зарядной емкости Ces (время i), диффузионное выравниваиие концентрации, происходящее с конечной скоростью (время td2)y и зарядка зарядной емкостью коллектора (время tds)- Главную роль играют процессы, определяемые временами tdi и tds- Время определяется уравнением (157).

Составляющая времени задержки tdi. времени 0<t<Ctdi транзистор находится в сечки. Начальные значения напряжений равны соответствен1Ю

В интервале области от-Пеа и Uca

Условие [Upp, {tdi) нению

О ведет к определительному урав-

1а

л--с

с

которое для т:,о> 2о ia> r/di принимает вид

td<{CesRs + Ccs{Rc + RB))

и

l2a Ее

(15.18)

Время tdi принимает существенное значение для большого отношения lUEalEelj т. с. при сильном запирании транзистора, для большого Rb (управление током базы 1*в) и для большого сопротивления нагрузки Rc

Составляющая времени задержки г^гз. Начальные значения напряжений UEaO и UcaUc определяющие вход транзистора в активный нормальный режим, дают

s63M05kHOctb рассчитать .заййсймбсть тока ic От времени:

В^е ) (15.19)

с VV см

(начало отсчета времени = 0 перенесено в точку <di)>

Л.и

; -

А

(15.20)

/г CS

А

.v

- X..

в

1 {ге + в{ -Уу))

X 1 -~ >,с

г

в

1 + WiQ.

для интервала времени id\

Согласно уравнению (15.19) ток коллектора складывается из двух компонентов, связанных с различными процессами, один из которых, характеризуемый постоянной времени Т2о, протекает очень быстро, а другой--напротив, очень медленно. Сразу после прохождения напряжения Ueb через нуль переходный процесс определяется постоянной времени Т2о, для больших времен переходный процесс определяется уже тю- Время tdz можно приближенно определить исходя из предположения, что весь переходный процесс определяется постоянноп времени тю:

0 = см(1

(15.21)

Отсюда находим время задержки

d3-тГо1пЛс

и, в вий:

частности, для довольно распространенных усло-

rE<Rc\ Ге</?В

Rcct 1 + iiCcsRc

(15.22)

--we

Это время, главным образом через зарядную емкость коллектора, связано с Rc и только во втором приближении (прежде -всего при малых коллекторных сопротивлениях Rc) начинает играть роль сопротивление базы Rb- При этом на величину времени задержки при включении начинает оказывать влияние постоянная времени коллектора т'с [уравнение (14.15)].

Общее время задержки при включении складывается из трех составляющих:

(15.23)

Время нарастания. По истечении времени задержки id коллекторный ток начинает экспоненциально нарастать с постоянной времени тю, стремясь к своему стационарному значению /см, определяемому напряжением включения Ueo-

Достигается ли это значение тока в действительности, в основном зависит от сопротивления коллектора R, так

как при уменьшении коллекторного напряжения U, может быть достигнуто состояние насыщения {U, проходит через нуль, ключ 5с переключается). Поскольку ток 1с уже больше не реагирует на управляющий ток базы is, можно ввести определение для тока/ .. в виде

I .. си

и

(15.24)

Л

или при учете остаточного напряжения на коллекторе, равного

и

Л

(15.25)

в несколько ином виде

с ~ cer)

Независимо от того, достигнуто или нет состояние насыщения, необходимо рассматривать такой ток базы /вм, который соответствовал бы стационарному току коллектора /см.

f -х J .-

Отнснпеиие токов 1 к /, равное коэффнци 1ту насыщения т, позволяет дать уравнение, описывающее переходный процесс в цепи коллектора:

ml (1

Л„е / ) для /. < / , си

Время нарастания можно было бы определить как интервал времени между моментами достижения 10%-и 907о-ного значения максимальной установившейся величины тока коллектора.

Однако время i, соответствующее величине тока icy равной 0,1 /см, несколько отличается от ti, которое было определено путем экстраполяции ic до нулевого значения при предположении, что ic{t) описывается экспоненциальным законом. Поэтому целесообразно рассчитывать процесс нарастания тока от момента времени ti до момента, соответствующего величине тока коллектора, равной 0,9/см:

т

т

т

ш>6

(15.26)

Время нарастания зависит от постоянной времепп Тю и коэффициента насыщения т, причем с углублением состояния насыщения время нарастания уменьшается.

Если для уменьшения времени вк.почеиия стремятся достичь глубокого насыщения (в котором коллекторный ток зависит только от напряжения батареи питания Rc и Ucer), то при выключении из состояния глубокого насыщения увеличивается время пакоплепия.

Постоянная времени тю учитывает как вид управления, (управление током или напряжением), так и вид схемы включения, поэтому тю может принимать весьма различные значения.

Схема включения с общим эмиттером Управление током (toCcsr < 1)

- 1 + 0)iCe,?g

(15.27a)

Управление напряжением [r - R)

1 (1 - -iV)

I

в

(15.276)

Схема включения с общей базой. Управление током (/?д=рГд, -оо)

(О

lCc8 {R,

(15.27b)

Управление напряжением {R

в

(О

(15.27Г)

Постоянная времени для случая управления током схемы с общим эмиттером содержит составляющую l/coi(l-n), связанную с явлениями во внутреннем транзисторе, причем эта составляющая в зависимости от величины CcsRc возрастает.

Уменьшение тю возможно в случае управления напряжением, особенно при малых токах включения т. е. когда Ге/{\-iv)>/*b, Однако уменьшение тю не может быть беспредельным, так как всегда остается постоянная времени RcCcs, да и эквивалентная схема замещения (и без того приближенная) сама по себе справедлива лишь до тех пор, пока она отражает важнейшие процессы, связанные с задержкой времени.

С помощью конденсатора, включаемого параллельно резистору, можно обеспечить режим квазиуправления напряжением, В первый момент времени переключения переходный процесс в транзисторе протекает, как и в случае управления напряжением. 3 дальнейшем в связи с разрядкой конденсатора переходный процесс протекает, как и в случае управления током. По мере увеличения переключаемых токов tiu возрастает, что связано со слагаемыми Гв и Ге, и в конечном счете приближается к значению Пг-

Схема с общей базой, управляемая током, ио сравнению со всеми другими случаями включения транзистора имеет наименьшие постоянные времени, однако для нее требуется при той же самой управляемой мощности в Biv раз большая управляющая мощность, чем для для схемы с общим эмиттером.

Процесс упраблеййя йапря)кенйем схемы с общей базой как качественно, так и количественно порождает те же самые проблемы, что и для схемы с оби;им эмиттером, поскольку передаточные характеристики этих схем имеют одинаковый вид (равные постоянные времени tiu).

Процесс выключения. Процесс выключения начинается в момент (Переключения входного напряжения с UEe на запирающее напряжение Ueu (рис. 15.11). Поскольку транзистор был насыщен, накопленный заряд в течение определенного времени постепенно вытекает через эмиттерный и коллекторный переходы, причем могут иметь место два различных вида переходного процесса изменения ic{t) в зависимости от напряжений на переходах. Нас будет интересовать только случай, когда Ucb сначала проходит через нуль, как это обычно бьгвает яри не слишком высоких напряжениях выключения.

Насыщающий заряд можно представить как дополнительный заряд, инжектированный коллекторным диодом в базу, который учитывается введением диффузионной емкости Сс. При -выключении транзистора вместе с первоначально запертым коллекторным диодом одновременно разряжается диффузионная составляющая емкости Сс и через коллектор протекает ток / , ограниченный преимущественно элементами схемы Rc и Uc, до тех пор, пока к моменту времени /ь внутреннее напряжение коллектор - база исв^ не изменит свой знак.

Время накопления t - t - ts можно определить на основании следующих соображений: в момент начала процесса выключения (в дальнейшем ради упрощения момент времени t = ts принимается за = 0) напряжение исв^ (0) =uca равно значению, соответствующему току насыщения /

При переключении транзистора на напряжение Уев (предполагается, что Тютго) оказывается, что по истечении времени ts напряжение Wcb(s) исчезает, откуда следует:

и

(15.28)

. г

- ш

- * - - - -

1 ... 17 18 19 20 21 22 23 24