Импульсный режим транзисторов
Рассмотрим импульсный режим транзистора с помощью его выходных характеристик для схемы ОЭ. Пусть в цепь коллектора включен резистор нагрузки Rк (рис.4.21).
Рис. 4.21. Импульсная схема с ОЭ
Соответственно этому на рис. 4.22 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 Q1. В цепи коллектора проходит малый ток IКЭ0, и, следовательно, эту цепь приближенно можно считать разомкнутой. Напряжение источника ЕК почти все полностью приложено к транзистору.
Если на вход подан импульс тока IБmax , то транзистор переходит в режим насыщения и работает в точке Q2. Получается импульс тока коллектора IКmax, очень близкий по значению к EК /RК. Его иногда называют током насыщения. В этом режиме транзистор выполняет роль замкнутого ключа и почти все напряжение источника ЕК падает на RК, а на транзисторе имеется лишь очень небольшое остаточное напряжение в десятые доли вольта, называемое напряжением насыщения UКЭ нас.
Рис. 4.22. Определение параметров импульсного режима транзисторов с помощью выходных характеристик
Хотя напряжение UКЭ в точке Q2 не изменило свой знак, но на самом коллекторном переходе оно стало прямым, и поэтому точка Q2 действительно соответствует режиму насыщения. Покажем это на примере. Пусть имеется кремниевый п - р - п транзистор и UКЭ нас = 0,2 В, а напряжение на базе UБЭ = 0,7 В. Тогда на коллекторе по отношению к базе будет напряжение UКБ = 0,2 - 0,7 = - 0,5 В, т. е. на коллекторном переходе прямое напряжение 0,5 В.
Конечно, если импульс входного тока будет меньше IБmax , то импульс тока коллектора также уменьшится. Но зато увеличение импульса тока базы сверх IБmax практически уже не дает возрастания импульса выходного тока. Таким образом, максимальное возможное значение импульса тока коллектора:
IКmax ≈ ЕК /RК . (4.45)
Помимо IКmax, IБmах и UКЭнас импульсный режим характеризуется также коэффициентом усиления по току В, который в отличие от β определяется не через приращения токов, а как отношение токов, соответствующих точке Q2:
B= IКmax / IБmax <β. (4.46)
На рис. 4.23 показаны графики импульсов входного тока прямоугольной формы и импульса выходного тока при включении транзистора по схеме ОЭ. Как видно, импульс коллекторного тока начинается с запаздыванием на время t3 (время задержки),
Рис. 4.23. Формы импульсов транзистора
что объясняется конечным временем пролета носителей через базу. Этот ток нарастает постепенно в течение времени tф (длительности фронта), составляющего заметную часть τи . 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 t3 + tф является временем включения tвкл. После окончания входного импульса за счет рассасывания заряда, накопившегося в базе, ток IK продолжается некоторое время tр (время рассасывания), а затем постепенно спадает в течение времени спада tс. Время tр + tс есть время выключения tвыкл. В итоге импульс коллекторного тока значительно отличается по форме от прямоугольного и растянут во времени по сравнению с входным импульсом.
На рис. 4.23 показан еще график тока базы, построенный на основании соотношения IБ = IЭ — IК.
Импульсные транзисторы для работы с короткими импульсами должны иметь малые емкости и тонкую базу.