Материал: Tverdotila_elektronika

транзистора і подається в довідниках.

Рисунок 3.57 – Фізична еквівалентна схема БТ зі спільною базою на високих частотах

3.3.5 Робота біполярного транзистора у ключовому режимі

Дуже поширеними в електроніці є імпульсні схеми, в яких транзистор працює в ключовому (імпульсному) режимі. У цьому режимі на вхідний електрод БТ подається імпульсна напруга (струм) великої амплітуди, і тоді транзистор працює як комутатор, що має два граничні

149

положення – замкнуте (режим насичення) і розімкнуте (режим відсічки).

Рисунок 3.58 – Нормально розімкнений ключ на транзисторі

Розглянемо нормально розімкнений електронний ключ на БТ, схему якого показано на рисунку 3.58. Цей ключ призначено для замикання і розмикання кола навантаження за допомогою імпульсів, що надходять від генератора сигналів керування. Опір RK вибирається з розрахунку, щоб

вихідна навантажувальна пряма перетинала круту дільницю вихідних статичних характеристик (точка В на рисунку 3.59). Опір RÁ в базовому колі керування, як правило,

значно більший за вхідний опір транзистора. Внаслідок цього струм у базовому колі практично не залежить від величини вхідного опору транзистора (опору ЕП і розподільного опору бази rÁ ), і з великою точністю можна

вважати, що керування роботою ключа здійснюється за допомогою струму бази.

За відсутності імпульсу керування під дією джерела EÁ

транзистор перебуває у РВ, тобто у закритому стані, і робоча точка знаходиться на динамічній характеристиці (рис. 3.59) у положенні А. При цьому струм бази

150

навантаження розірване, тому в такому стані довільний вхідний сигнал U âõ може без спотворення і послаблення

пройти на вихід схеми, тобто транзистор не шунтує (не закорочує) цей сигнал на корпус. Розподіл концентрації дірок у базі БТ у цьому режимі показано на рисунку 3.60 а кривою для моменту t0 . Концентрація неосновних носіїв у

базі мала, опір бази і всього БТ великий.

Рисунок 3.59 – Переміщення робочої точки в ключовому (імпульсному) режимі транзистора

Рисунок 3.60 – Розподіл концентрації дірок у базі БТ у ключовому режимі

У момент t1 в базу БТ подається негативний імпульс струму (рис. 3.61), ЕП вмикається в прямому напрямі, дірки

151

з емітера інжектуються до бази. ЕП переходить до активного режиму роботи, робоча точка рухається вздовж навантажувальної прямої від т. А до т. В, наближаючись до області режиму насичення (РН). Струм бази в момент t1

різко зростає до значення IÁí àñ , і концентрація дірок у базі

біля ЕП збільшується. Але струм колектора починає змінюватися лише через деякий час задержки, який потрібно затратити діркам, щоб подолати відстань між емітером і колектором. Через певний час дифундуючі до колектора дірки заповнюють базу, градієнт їх концентрації біля КП збільшується, і струм колектора зростає (крива t2

на рисунку 3.60 а). У момент t3 транзистор наближається до РН, розподіл концентрації дірок у базі стає лінійним, наростання струму колектора I Ê сповільнюється (рис. 3.60 а, крива t3 , рис. 3.61). Робоча точка транзистора переходить до точки В на навантажувальній прямій. Ця точка відповідає напрузі UKE UÁÅ (UKE EK ) і струму

IÊí àñ (EK UKE ) / RK EK / RK . Напруга на КП UÊÁ UÊÅí àñ UÁÅ 0 , і КП вмикається у прямому напрямі. Починається інтенсивна інжекція дірок з колектора до бази, їх концентрація біля КП зростає, стає більшою, ніж рівноважна (рис. 3.60, крива t4 ). Градієнт дірок у базі в РН

залишається постійним, і струм колектора більше не наростає (рис. 3.61).

У момент t5 імпульс керування в базі БТ закінчується, і

прилад поступово повертається до свого початкового стану. Починається процес розсмоктування дірок у базі за рахунок їх екстракції до областей емітера і колектора. Зміна знака градієнта концентрації біля ЕП (крива t5 на рисунку 3.60) і

перехід дірок до області емітера викликають зміну напряму

152

моменту t7 ) концентрація дірок у базі біля ЕП та КП зменшується таким чином, що градієнт їх концентрації залишається постійним (криві t6 і t7 на рисунку 3.60 б), і тому струм I Á та I K не змінюється. Після того як концентрація дірок у базі біля КП і ЕП досягає рівноважного значення ( pn0 ), градієнти їх концентрації починають зменшуватись, і це викликає зменшення струмів

IK0 = IKÁ0 , характерних для РВ.

На тривалість переднього і заднього фронтів вихідного імпульсу струму (рис. 3.61) суттєво впливають частотні властивості БТ. Чим вища гранична частота транзистора, тим вища його швидкодія в ключовому режимі. Крім того, швидкодія БТ у режимі перемикання збільшується при збільшенні коефіцієнта передачі струму h21E (або

збільшенні амплітуди імпульсу струму бази – імпульсу керування). З метою підвищення граничної частоти транзистори виконують з малими ємностями переходів, а також, оскільки на швидкість розсмоктування впливає не лише екстракція, а й рекомбінація, зменшують середню тривалість життя неосновних носіїв шляхом введення до бази домішок, що прискорюють рекомбінацію (наприклад, золото у кремнієвих БТ).

153