Файл: Электроника Ицкович Учебное пособие Ч1 2017.pdf

201

Ток  коллектора  уменьшается  и  раньше  достигает  устано-

вившегося значения, следовательно, длительность фронта сокра-
щается.  Учитывая,  что  количество  инжектированных  носителей 
из  эмиттера  остаётся  неизменным,  а  величина  заряда,  ушедшего 
через  коллекторную  цепь,  уменьшилась,  следовательно,  увели-
чился объемный заряд в базе. 

Таким образом, можно сделать вывод, что, выбирая соответ-

ствующим  образом  параметры  выходной  цепи  в  насыщенном 
ключе,  можно  без  изменения  скорости  переходного  процесса 
управлять длительностью фронта. 

Из рис. 6.6 следует, что изменение входного тока, например 

его  увеличение,  приводит  к  уменьшению 

ф

t

+

  за  счет  повышения 

скорости переходного процесса при неизменном 

,

.

К НАС

I

  Величи-

на избыточного заряда в базе при этом возрастает. 

R

К 

нас

к

I

.

K

I

K

I

K

U

.

.

НАС

Б

I

1

Б

I

2

Б

I

K

E

2

.

.

каж

к

I

1

Ф

t

2

ф

t

1

.

.

каж

к

I

Рис. 6.6 — Переходные процессы в ключе при формировании  

длительности фронта при изменении параметров входной цепи 

 
Анализ переходного процесса при открывании транзистора по-

казывает,  что  длительность  фронта  можно  изменять,  выбирая  соот-
ветствующим образом параметры входной или выходной цепи. При 

202

этом  необходимо  помнить,  что  уменьшение  длительности  фронта 
приводит к увеличению избыточного заряда в базовой области. 

Влияние входных параметров ключа на длительность фрон-

та видно из рис. 6.6. 

 
Количественная оценка длительности фронта  
Изображение коллекторного тока с учетом  формул Эберса-

Молла равно: 

( )

( )

Б

K

I

I

p

p

p

=

β

,                                  (6.5) 

где  p —  оператор Лапласа. 

Переходя от изображения к оригиналу, получим 

( )

0

1

t

K

Б

I

t

I

e

β

− τ

⎛

⎞

= β

−

⎜

⎟

⎜

⎟

⎝

⎠

.                         (6.6) 

Формирование  длительности  фронта  заканчивается,  когда 

ток  коллектора  станет  равным 

( )

.

.

0,9

К

Ф

К НАС

I

t

I

=

.  Тогда (6.6) 

можно записать: 

.

.

0

0,9

1

Ф

t

К НАС

Б

I

I

e

β

− τ

⎛

⎞

⎜

⎟

= β

−

⎜

⎟

⎝

⎠

.                   (6.7) 

Решив (6.7) относительно длительности фронта, получим 

0

0

.

.

ln

0, 9

Б

Ф

Б

К НАС

I

t

I

I

+

β

β

= τ

β −

.                    (6.8) 

Анализируя (6.8), можно сделать выводы, что длительность 

фронта уменьшается, если выбрать более высокочастотный тран-
зистор 

( )

β

τ

, увеличивать ток базы или уменьшать 

.

.

К НАС

I

. 

При этом необходимо помнить, что если 

β

τ

 не изменяет ве-

личину заряда в области базы, то изменения параметров входной 
и  выходной  цепей  влияют  на  количество  обьёмного  заряда.  Ис-
пользуя степень насыщения (5.8), можно записать: 

ln

0,9

Ф

s

t

s

+

β

= τ

−

.                                    (6.9) 

Переходные процессы в насыщенном ключе при закры-

вании  транзистора.  Пусть  в  момент  времени 

0

t   напряжение 

203

входного  генератора  с  отрицательной  полярности  изменилось 
на положительную.  Ток  базы  скачком  изменится  на  величину 

Б

I

Δ   и  станет  отрицательным.  Отрицательное  направление  тока 

обусловлено тем, что в базе у эмиттерного и коллекторного пере-
ходов имеется избыточный заряд, который мгновенно рассосать-
ся не может, и оба перехода смещены в прямом направлении. Ток 
коллектора  остаётся  практически  постоянным,  ток  эмиттера 
уменьшается на 

Б

I

Δ . 

К  моменту  времени 

1

t   избыточный  заряд  рассасывается 

у коллекторного перехода, и с этого момента уменьшаются токи 
коллектора и эмиттера. При 

2

t  ток коллектора становится равным  

.

.

0,1

К НАС

I

. Время изменения коллекторного тока от 

1

t  до 

2

t  назы-

вают длительностью фронта 

ф

t

−

. 

t

2

.

.

1

,

0

НАС

К

I

1

Б

E

2

Б

E

.

. НАС

Э

I

Б

I

Δ

t

t

t

Б

E

0

t

1

t

3

t

Б

I

1

Б

I

2

Б

I

Б

I

Δ

.

. НАС

К

I

.

.КАЖ

К

I

Э

I

.

РАС

t

−

ф

t

К

I

Рис. 6.7 — Переходные процессы в насыщенном ключе при 

закрывании транзистора 

204

К моменту времени 

2

t  избыточные заряды полностью рассо-

сутся у эмиттерного перехода, и он будет смещаться в обратном 
направлении,  токи  базы  и  эмиттера  уменьшаются.  Видимо,  чем 
больше  величина  избыточного  заряда  в  базе,  тем  больше  время 
рассасывания. 

Для анализа процессов рассасывания и формирования фрон-

та воспользуемся уравнением (6.5), но учтем, что начальный ток 
отличен от нуля. 

Подставив ток 

Б

I

Δ  и заменив 

β

τ

  на 

Н

τ  — постоянная вре-

мени накопления, получим изображение коллекторного тока 

( )

( )

0

Б

K

Б

I

I

p

I

p

p

Δ

= β −

β

,                         (6.10)  

которому соответствует оригинал:  

( )

1 0

0

1

t

K

Б

Б

I

t

I

I

e

−

τ

⎛

⎞

=

β − Δ β

−

⎜

⎟

⎝

⎠

.                 (6.11) 

Рассасывание  закончится,  когда  избыточный  заряд  в  базе 

исчезнет,  и  будет  иметь  место  равенство 

.

.

.

.

К КАЖ

К НАС

I

I

=

.  Под-

ставив 

.

.

К НАС

I

  в  левую  часть (6.11) и  заменив 

τ

  на 

Н

τ ,  найдем 

время рассасывания в виде: 

(

)

0

0

.

ln

1

Б

РАС

Н

Б

КН

I

t

I

I

S

Δ β

= τ

Δ β −

−

.                   (6.12) 

Из формулы (6.12) видно, что увеличение степени  насыще-

ния  приводит  к  росту  времени  рассасывания,  а  длительность 
фронта при этом наоборот уменьшается. 

Для сокращения суммарного времени переходного процесса 

необходимо  уменьшать  время  рассасывания  и  длительность 
фронта. 

Методы повышения быстродействия рассмотрим позже. 
 
Формирование длительности отрицательного фронта (

ф

t

−

–

)  

Формирование  фронта  заканчивается,  когда  коллекторный 

ток будет равен 

.

.

0,1

К НАС

I

. 

Учитывая,  что  к  началу  формирования  среза 

1

.

Б

НАС

I

I

=

и заменив 

τ

  на 

β

τ

,  т. к.  длительность  фронта  формируется,  когда 

205

транзистор  работает  в  активном  режиме,  формулу (6.11) можно 
записать в виде  

0

0

0,1

1

Ф

t

КН

БН

Б

I

I

I

e

β

−

τ

⎛

⎞

⎜

⎟

=

β − Δ β

−

⎜

⎟

⎝

⎠

.                     (6.13) 

Решив (6.13) относительно длительности 

ф

t

−

, получим 

0

0

ln

0,9

Б

ф

Б

КН

I

t

I

I

−

β

Δ β

= τ

Δ β −

.                            (6.14) 

Анализ переходного процесса проводился без учета ёмкости 

коллекторного перехода. Учесть ёмкость коллекторного перехода 
можно, если в (6.9) и (6.14) заменить 

β

τ

 на 

(

)

0

1

K

K

C R

β

τ +

+β

. 

На принципиальной схеме (рис. 6.8) предполагается, что ис-

точник сигнала 

Б

E  генерирует импульсы двух полярностей.  

В реальном случае импульсы однополярные. В этом случае 

лучше  применять  принципиальную  схему,  которая  приведена 
на рис. 6.8. 

U

Г 

E

K 

R

K 

E

СМ 

R

СМ 

R

Б 

Вых 

Рис. 6.8 — Принципиальная схема  

насыщенного ключа 

6.4 

Методы

сокращения

времени

переходного

процесса

 
Ключ  с  ускоряющей  ёмкостью.  Для  сокращения  времени 

переходного  процесса  на  всех  его  стадиях  используется  ключ  с 
ускоряющей ёмкостью, принципиальная схема которого приведена 
на рис. 6.9 (

Г

R  — внутреннее сопротивление источника сигнала). 

Время  переходного  процесса  можно  сократить  в  несколько 

раз, если выполняется условие 

0

Б экв

R

→

.