Пример транзисторного ключа

При отсутствии управляющего сигнала транзистор закрыт и находится в состоянии отсечки, так как на базу подано положительное значение напряжения смещения (разомкнутый контакт). Источник положительного напряжения смещения вводится в цепь базы для ограничения не равного нулю тока I_КО, проходящего через цепь нагрузки.

Рис. 6.23. Схема включения транзисторного ключа

Состояние насыщения аналогично замкнутому контакту. В закрытом состоянии потенциал коллектора близок к отрицательному значению напряжения U_К, в открытом – положительному. Для обеспечения режима насыщения необходимо выполнить условие:

I_{Б нас} ³ I_{К нас}/b_мин,

где I_{К нас} – ток коллектора в режиме насыщения,

b_мин – минимальный статический коэффициент усиления транзистора.

Ток эмиттера I_Э появляется практически мгновенно, его задают в ключевых схемах на 20-30% больше номинального тока I_{Э ном}. Превышение тока эмиттера над номинальным называется избыточным током, а отношение

, (6.8)

называется коэффициентом (глубиной) насыщения.

Временные диаграммы изображены на рис. 6.24.

Ток в цепи коллектора появляется позже на время задержки включения (t₁-t₂), которое затрачивается на диффузионное перемещение через базу инжектированных носителей. Это время незначительно и в случае приближенных расчетов им пренебрегают.

Разность (t₃-t₂) – время фронта импульса коллекторного тока на уровне I_К=I_кнас, при этом заканчивается переходный процесс в коллекторной цепи.

Разность (t₄-t₃) – время продолжения переходного процесса в базе, так как концентрация инжектированных носителей зарядов при наличии избыточного тока эмиттера продолжает некоторое время возрастать.

T₄ – момент окончания переходного процесса в транзисторе.

Разность (t₄-t₁) – время установления, соответствует времени заряда диффузионной емкости эмиттерного перехода.

Разность (t₆-t₅) – время задержки включения, при котором I_К=I_Кнас.

Рис. 6.24. Временные диаграммы в схеме транзисторного ключа

Приложение к эмиттерному переходу обратного напряжения вызывает в начальный момент значительный обратный ток, вследствие насыщения перехода свободными носителями зарядов. Этот ток протекает до момента t₇. После момента t₅ – подача запирающего напряжения в коллекторной цепи и момента времени t₇ в цепи эмиттера, токи начинают снижаться, что связано с рассасыванием накопленного заряда в базе.

T₈ – момент завершения переходного процесса.

Разность (t₈-t₆) – время спада импульса коллекторного тока.