ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЖИМ

Транзисторы широко применяются в различных импульсных устройствах. Работа транзисторов в импульсном режиме, иначе называемом ключевым или режи­мом переключения, имеет ряд особенностей.

Рассмотрим импульсный режим транзистора с помощью его выходных характеристик для схемы ОЭ. Пусть в цепь коллектора включен резистор нагрузки R_h. Соответственно этому на рис. 6.8 построена линия нагрузки. До поступления на вход транзистора им­пульса входного тока или входного напряжения транзистор находится в за­пертом состоянии (в режиме отсечки), что соответствует точке T₁ В цепи коллектора проходит малый ток (в данном случае сквозной ток следова­тельно, эту цепь приближенно можно считать разомкнутой. Напряжение источ­ника Е₂ почти полностью приложено к транзистору.

Рис. 6.8. Определение параметров импульсного режима транзисторов с помощью выходных характеристик

Если на вход подан импульс тока I_бmах, то транзистор переходит в режим насыщения и работает в точке Т₂. Получается импульс тока коллектора, очень близкий по значению к E₂/R_H. Его иногда называют током насыщения. В этом режиме транзистор выполняет роль замкнутого ключа и почти все напряжение источника Е₂ па­ает на R_H, а на транзисторе имеется лишь очень небольшое остаточное напря­жение (десятые доли вольта), называемое напряжением насыщения E_к._энас.

Хотя напряжение u_к._э в точке Т₂ не изменило знак, но на самом коллекторном переходе оно стало прямым, и поэтому точка Т₂ действительно соответ­ствует режиму насыщения. Покажем это на следующем примере. Пусть имеется транзистор п — р — п и U_к._Энас = 0,2 В, а напряжение на базе U_б-_э = 0,6 В. Тогда на коллекторе по отношению к базе будет напряжение С/_К._б = 0,2 — 0,6 = — 0,4 В, т. е. на коллекторном переходе прямое напряжение 0,4 В.

Конечно, если импульс входного тока будет меньше Iб max, то импульс тока коллектора также уменьшится. Но зато увеличение импульса тока базы сверх Iбmах практически уже не дает возраста­ния импульса выходного тока. Таким образом, максимальное возможное зна­чение импульса тока коллектора

Помимо I_кmах, I_бmах и U_кэнac импульсный режим. характеризуется также коэффициентом усиления по току В, который в отличие от |3 определяется не через приращения токов, а как отношение токов, соответствующих точке Т₂:

Иначе говоря, |3 является параметром, характеризующим усиление малых сигналов, а В характеризует усиление больших сигналов, в частности импульсов, и по значению несколько отличается от. |3

Параметром импульсного режима транзистора служит также его сопротивление насыщения

Аналогично рассмотренной схеме ОЭ работает в импульсном режиме и схема ОБ.

Если длительность входного импульса т_и во много раз больше времени переходных процессов накопления и рассасывания зарядов в базе транзистора, то импульс выходного тока имеет почти такую же длительность и форму, как и входной импульс. Но при коротких импульсах, т. е. если т_н составляет единицы микросекунд и меньше, может наблюдаться значительное искажение формы импульса выходного тока и уве­личение его длительности.

Для примера на рис. 6.9 показаны графики короткого импульса входного тока прямоугольной формы и импульса выходного тока при включении тран­зистора по схеме ОБ. Как видно, импульс коллекторного тока начинается с запаздыванием на время т₃ (время задержки), что объясняется конечным временем пробега носителей через базу. Этот ток нарастает постепенно в течение времени т_ф (длительности фронта), составляющего заметную часть т_и. Такое постепенное увеличение тока связано с накоплением носителей в базе. Кроме того, носители, инжектированные в базу в начале импульса входного тока, имеют разные скорости и не все сразу достигают коллектора. Время т₃ + т_ф является временем включения т_вкл.

Рис. 6.9. Искажение формы импульса тока транзистором

После окончания входного импульса ток i_K продолжается некоторое время т_р (время рассасывания) за счет рассасывания заряда, накопившегося в базе, а затем постепенно спадает в течение времени спада т_с. Время т_р + т_с есть время выключения т_выкл. В итоге импульс коллекторного тока значительно отличается по форме от прямоугольного и растянут во времени по сравнению с входным импульсом. Следовательно, замедляется процесс включения и выключения коллекторной цепи, увеличивается время, в течение которого эта цепь находится в замкнутом состоянии. Иначе говоря, за счет инерционности процессов накопления и рассасывания заряда в базе транзистор не может осуществлять достаточно быстрое включение и выключение, т. е. не обеспечивает достаточного быстродействия ключевого режима.

На рис. 6.9 показан еще график тока базы, построенный на основании соотно­шения Как видно, ток этот имеет сложную форму. Для схемы ОЭ можно построить временные графики токов, подобно тому, как показано на рис. 6.9 для схемы ОБ.

Специальные транзисторы для работы короткими импульсами должны иметь малые емкости и тонкую базу. Как правило, это маломощные дрейфовые транзисторы (см. § 6.7). Чтобы быстрее рассасывался заряд, накапливающийся в базе, добавляют в небольшом количестве примеси, способствующие быстрой рекомбинации накопленных носите­лей (например, золото).