Файл: Электроника Ицкович Учебное пособие Ч1 2017.pdf

196

что  сопротивления  R

Б

  и  R

К

выбраны  таким  образом,  что  падением 

напряжения на них от протекания обратных токов базы и коллекто-
ра можно пренебречь. Тогда можно считать 

Б

Б

U

E

≈

  и 

K

K

U

E

≈

, 

т. е. пренебречь экспонентами в формулах (4.4). Переходя в послед-
них от 

α

 к 

β

, используя соотношение (4.5) и полагая 

N

i

β >> β , по-

лучаем следующие значения токов в закрытом транзисторе. 

I

К 

I

б

= –I

K0  

–E

К 

I

б

=0 

1

2

U

К 

I

K 

I

б

=I

бн 

I

б

>I

бн 

U

ТР.мин 

Рис. 6.2 — Рабочие точки ключа ОЭ на семействе  

коллекторных характеристик 

0

0

1

;

1

N

I

I

Э

K

K

I

N

N

N

I

I

I

+ β

β

β

= −

≈ −

+ β + β β

β

                     (6.1а) 

0

0

1

;

1

N

K

K

K

I

N

I

I

I

+ β

=

≈

+ β + β

                                     (6.1б) 

0

0

1

(1

)

.

1

N

I

Б

K

K

I

N

N

I

I

I

+ β

β

= −

+

≈ −

+ β + β

β

                    (6.1в) 

Отсюда  следует,  что  ток  эмиттера  значительно  меньше 

остальных  двух  токов,  поскольку 

(

)

0

1

Э

К

I

I

=

−α

,  поэтому  в  ре-

жиме отсечки имеем: 

0

.

K

б

K

I

I

I

≈ −

≈

Рассмотренный случай называют режимом отсечки, так как 

выходной  ток  имеет  минимальное  значение  (не  путать  с  режи-
мом отсечки тока стока в полевом транзисторе). 

197

С уменьшением положительного смещения на базе до нуля 

транзистор  продолжает  оставаться  запертым,  но  его  токи  не-
сколько изменяются. 

Когда  напряжение  на  базе  станет  отрицательным,  транзи-

стор  перейдет  в  активный  режим.  Дальнейшее  увеличение  тока 
приводит  к  увеличению  тока  коллектора.  Когда  ток  базы  станет 
равным  току  базы  насыщения  (I

БН

),  ток  коллектора  достигнет 

максимальной величины и станет равным току коллектора насы-
щения (I

НАС

.

). 

Режим насыщения. В режиме насыщения оба р-n перехода 

смещены в прямом направлении и напряжения на них не превы-
шают нескольких 

T

ϕ . Говорят, транзистор «стянулся в точку». 

Эквивалентная схема ключа в режиме насыщения приведена 

на рис. 6.3.  

Б

Е

K

R

Б

R

Ек

−

Б 

Э 

К 

Рис. 6.3 — Эквивалентная схема ключа  

в режиме насыщения 

;

Б

бЭ

б

б

б

Б

E

U

E

I

R

R

−

=

≈

                               (6.2а) 

.

K

бЭ

K

K

K

K

E

U

E

I

R

R

−

=

≈

                              (6.2б) 

Из формул (6.2) следует, что в режиме насыщения токи че-

рез транзистор определяются внешними элементами схемы. 

Целесообразно,  во  всяком  случае  в  статическом  режиме, 

иметь критерий насыщения, выраженный через токи. 

1.

Б

КН

I

I

β >                                             (6.3) 

198

Как  видим,  режим  насыщения  определяется  не  величиной 

токов, а их соотношением и может иметь место при весьма малых 
токах,  например  порядка  десятков  микроампер  и  меньше.  Опыт 
показывает,  что  удобно  иметь  не  только  критерий  насыщения, 
но и количественную характеристику «глубины» насыщения, ко-
торый можно записать в виде 

.

Б

Б

БН

КН

I

I

S

I

I

β

=

=

                                    (6.4) 

Коэффициент  S  называют  степенью  насыщения,  а  произве-

дение 

.

.

Б

К КАЖ

I

I

β =

 — кажущимся  током  коллектора.  Понятие 

кажущийся  ток  коллектора  является  условным  и  означает,  что 
в цепи коллектора протекал бы такой ток, если бы не происходи-
ло его ограничения резистором 

K

R  и источником питания 

K

E . 

В  заключение  анализа  насыщенного  ключа  в  статическом 

режиме отметим следующее: 

1.  В  запертом  состоянии  токи  через  переходы  мы  приняли 

равными нулю, а это значит, что мощность, которая рассеивается 
на транзисторе, равна нулю. 

2.  В  режиме  насыщения  транзистор  представляет  эквипо-

тенциальную поверхность, а это значит, что и в этом случае рас-
сеиваемая мощность равна нулю. 

Однако при переходе транзистора из режима отсечки токов 

и  обратно  он  в  течение  переходного  процесса  работает  в  актив-
ном режиме, и на транзисторе рассеивается мощность. Чем выше 
частота  переключения,  тем  больше  мощность  рассеивается 
на транзисторе. 

6.3 

Переходный

процесс

в

насыщенном

ключе

при

открывании

транзистора

 
При анализе переходных процессов для упрощения анализа 

будем считать, что емкость коллекторного перехода равна нулю, 
а её влияние учтем позднее. 

На рис. (6.4) приведены эпюры токов в ключе при открыва-

нии транзистора. 

Пусть в момент времени t

0

  на  входе  ключа  действует  отри-

цательное  напряжение,  которое  смещает  эмиттерный  переход 

199

в прямом  направлении,  амплитудой  достаточной,  чтобы  транзи-
стор зашел в режим насыщения. 

E

Б1 

t 

t 

t 

t 

Kн

I

Б

I

Э

I

Б

E

E

Б2 

.

. уст

б

I

.

. мак

б

I

н

K

I

.

9

.

0

K

I

.

.каж

K

I

Эн

I

+

Ф

t

Рис. 6.4 — Эпюры изменения токов в насыщенном транзисторном  

ключе при открывании (формирование положительного фронта) 

 
В  начальный  момент  времени    барьерная  емкость  эмиттер-

ного  перехода  препятствует  смещению  его  в  прямом  направле-

нии. Ток базы при 

0

0

t

≥  равен 

2

Б

БМАК

Б

E

I

R

=

. По мере заряда ем-

кости ток базы уменьшается и стремится к установившемуся зна-

чению, которое равно  

Б

Б

Б

Э

E

I

R

r

=

+

, где 

Э

r  — дифференциальное 

сопротивление  эмиттерного  перехода.  Плавное  нарастание  кол-
лекторного тока связано с перераспределением неосновных носи-
телей в области  базы (в  нашем случае дырок)  или зарядом диф-
фузионной  ёмкости  эмиттерного  перехода  C

Э

.  По  мере  заряда 

этой  емкости  ток  коллектора  возрастает  и  стремится  к  своему 
установившемуся  значению I

КН

. 

Время,  за  которое  ток  коллектора  увеличился  до  значения 

0.9I

КН

,

 будем называть длительностью фронта 

ф

t

+

. После того как 

ток  коллектора  достиг  значения 

КН

I

,  переходный  процесс                

200

не  заканчивается,  т. к. 

Б

БН

I

I

>

.  После  формирования  фронта 

идет  накопление  избыточных  носителей  в  базе  у  коллекторного 
и эмиттерного  переходов.  Количество  избыточного  заряда  (ды-
рок) в базе растет, а следовательно, положительный потенциал в 
базе возрастает, что приводит к  уменьшению инжекции дырок из 
эмиттера.  Наступает  равновесное  состояние,  когда  количество 
генерируемых  носителей  равно  числу  рекомбинированных.  Ве-
личина избыточного заряда в базе равна 

(

)

.

.

.

ИЗБ

К КАЖ

КН

Q

А I

I

=

−

, 

где А — постоянный коэффициент. 

Проведем  качественную  оценку  влияния  входных  и  выход-

ных  параметров  ключа  на  время  формирования  длительности 
фронта. 

 
Влияние выходных параметров на длительность 

ф

t

+

Из рис. 6.5 видно, что при изменении параметров выходной 

цепи, например, увеличения сопротивления 

K

R   или  уменьшения 

напряжения 

K

E  не изменяет скорости переходного процесса, т. к. 

ток базы остаётся постоянным. 

1

K

R

К

I

К

I

Б

I

t

1

.

.НАС

Б

I

2

.

.НАС

Б

I

1

К

E

2

K

E

1

.

.НАС

К

I

2

.

.НАС

К

I

2

K

R

1

Ф

t

.

.каж

к

I

2

ф

t

K

U

Рис. 6.5 — Переходные процессы в насыщенном ключе  

формирования длительности фронта при изменениях  

параметров коллекторной цепи