Особенности работы БТ в ключевом режиме. Схема, графики напряжений и токов
Ключевым называют такой режим работы БТ, в котором он под действием входного сигнала переходит из режима отсечки (ключ разомкнут) в режим насыщения (ключ замкнут) и наоборот. Ключевой режим работы БТ широко используется в цифровых ИМС, выполненных по технологии ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) и ИИЛ (интегральная инжекционная логика).
При работе в ключевом режиме БТ обычно включается по схеме ОЭ. Схема простейшего ключа на БТ показана на рис. 4.27, а. Управление состоянием такого ключа осуществляется входным сигналом Ивх, задающим ток базы транзистора и напряжение на его эммитерном переходе.
Зависимость между током IK и напряжением UKЭ при заданных значения RK и EП отображена выходной нагрузочной характеристикой (рис. 4.27,б). При UВХ=0 и IБ=0 и состояние транзистора определяется точкой А на рис. 4.27, б. Транзистор при этом находится в режиме отсечки и выходное напряжение и UВЫХ 
EП (ключ разомкнут).
В момент t1, в цепь базы БТ поступает положительный импульс напряжения, смещающий эмиттерный переход в прямом направлении возникает инжекция электронов из эммитера в базу, сопровождающаяся появлением эммитерного тока и отрицательного заряда базы QБ. Сила эммитерного тока зависит от значения входного напряжения и создаваемого им тока базы. Эммитерный ток БТ вызывает появление коллекторного тока IK=h21БIБ. С ростом тока IЭ растет и коллекторный ток. Насыщение базы подвижными носителями сопровождается уменьшением ее сопротивления. В предельном случае это сопротивление должно уменьшится до нуля, тогда IK=EП/PK. Следовательно, транзистор переходит в режим насыщения. В реальных транзисторах сопротивление между коллектором и эммитером не равно 0, и режим насыщения наступает при котором токе базы IБ нас, при котором в базе возникает отрицательный заряд QБ нас. Этому режиму соответствует положение точки В на выходной нагрузочной характеристике. При этом UКЭнас=0,05...0,4 В. Если ток базы IБ превышает ток базы IБ нас, при котором наступает режим насыщения транзистора, то напряжение UКЭнас практически не изменяется, а изменяется лишь значение заряда, накопленного в базе вследствие инжекции в нее электронов из эмиттера, являющихся в р-базе неосновными носителями. Этот заряд QБ тем больше, чем больше ток IБ по сравнению с током IБ нас, при котором наступает режим насыщения (рис. 4.27, в). Отношение S= IБ/IБ нас называется степенью насыщения. Чем больше S, тем быстрее устанавливается значение коллекторного тока при подаче на вход усилителя отрицательного (транзистор) импульса.
В момент t2 Uвх=0, и инжекция электронов из эмиттера в базу прекращается. Ток базы должна бы стать равным 0, но из-за того, что в базе был накоплен избыточный заряд QБ, начнется "рассасывание" этого заряда, т.е. неосновные избыточные электроны из базы начнут "уходить" во внешнюю цепь. Уход электронов из базы во внешнюю цепь сопровождается протеканием тока в цепи базы, поддерживающим транзистор в открытом состоянии. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока избыточный заряд в базе QБ-QБ нас не уменьшается до 0. В течение этого времени токи базы iБ и iK будут сохранять свои значения (рис. 4.27, в). Время, в течение которого после прекращения входного сигнала, токи iБ и iK остаются неизменными в связи с рассасыванием накопленного в базе избыточного заряда, называется временем рассасывания tрас. Это время тем больше, чем больше степень насыщения S. Поскольку наличие времени tрас замедляет процесс переключения транзистора и тем самым уменьшает быстро действие всей схемы, то в ключевых устройствах стараются обеспечить амплитуду входного тока такой, чтобы создаваемая им степень насыщения БТ не превышала 1,5…2.
Рис. 1 
Рис. 2 
Рис. 3 