Процесс включения транзистора

В промежутке времени от 0 до t₀ транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток коллектора практически равен нулю. Поэтому можно считать, что транзистор­ный ключ разомкнут, напряжение на коллекторе равно напряжению источника питания Е_и.п и режим работы определяется точкой А (рис. 4.37, в). В момент вре­мени t₀ напряжение импульсного генератора скачком изменяется от значения U_г0 до U_г1, и в базовой цепи возникает ток . В интервале времени от t₀ до t_t происходит заряд барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов.

Интервал времени от t₀ до t₁ называют временем задержки включения и определя­ют соотношением

(4.142)

Здесь С_э и С_к — усредненные барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов соответственно. Чем больше ток I₆₁ и меньше емкости транзистора, тем меньше время задержки включения.

В момент времени t₁ напряжение на эмиттерном переходе достигает порогового значения U_пор ≈ 0,7 В, переход отпирается, транзистор переходит в активный ре­жим, начинается инжекция электронов в базу (рис. 4.38, а и б) и в цепи коллекто­ра появляется ток i_к (рис. 4.37, г). Если R_K = 0, то напряжение и_кэ сохраняется не­изменным, при этом ток i_к в интервале времени от t₁, до t₃ увеличивается но закону:

(4.143)

Здесь .

Если R_K ≠ 0, то рост тока i_к сопровождается уменьшением напряжения и_кэ. Рабо­чая точка перемещается из положения А в положение В (см. рис. 4.37, в). При этом скорость нарастания тока определяется постоянной времени . По мере уменьшения напряжения u_кэ уменьшается напряжение на коллекторном перехо­де и в момент, когда станет выполняться условие , транзистор перей­дет в режим насыщения, в базу начнут инжектироваться электроны из коллекто­ра, а в коллектор — дырки из базы. В момент времени t₂ транзистор оказывается в режиме глубокого насыщения и коллекторный ток достигает значения . Ток является минимальным током базы, при котором наступает глубокое насыщение. Если I₆₁ < I_б.нас, то точка пересечения нагрузочной линии с выходной характеристикой располагается правее и режим глубокого насыщения не насту­пает. Если же I₆₁ > I_б.нас, то после наступления глубокого насыщения положение точки В не изменяется и дальнейший рост тока коллектора прекращается, а база продолжает заполняться электронами. При этом увеличивается концентрация электронов в сечении x'_p при сохранении градиента концентрации в этом сечении (рис. 4.38, б). Поскольку коллекторный переход открыт, то одновременно с накоп­лением электронов в базе происходит накопление дырок в коллекторе. Процесс накопления избыточных зарядов завершается в момент времени t₃.

Интервал времени от t, до t₂ называют временем нарастания тока:

(4.144)

Чем больше ток базы, тем быстрее нарастает ток коллектора. Суммарное время называют временем включения. Для уменьшения времени включения необходимо увеличивать ток I_б1 и повышать граничную частоту транзистора.