1.2.2. Переходная характеристика транзистора

В соответствии с дифференциальным уравнением, описывающим переходные процессы в транзисторном ключе, можно получить аналитическое выражение переходной характеристики транзистора, т.е. его реакцию на скачкообразное управляющее воздействие. Решением дифференциального уравнения первого порядка является экспоненциальная функция. При включении транзистора заряд неосновных носителей в базе, или ток коллектора изменяются по нарастающей экспоненте, при выключении по спадающей экспоненте. Однако, в зависимости от режима работы транзистора, на разных этапах переходного процесса постоянная времени экспоненты будет различной. Вид переходной характеристики показан на рис. 11.

При включении в интервале t₀ – t₁ транзистор работает в нормальном активном режиме.

Заряд на базе изменяется по закону:

Постоянная времени τ_βэ за счет барьерной емкости коллекторного перехода увеличивается по сравнению с τ_β :

-

В интервале t₁ происходит накопление избыточного заряда не основных t₂ носителей в базе. Транзистор на этом этапе насыщен и теряет усилительные свойства. Обратные токи переходов и токи перезаряда барьерных емкостей отсутствуют. Накопление избыточного заряда происходит при неизменном токе коллектора также по экспоненциальному закону:

Однако, в формуле вместо ранее использованного времени жизни неосновных носителей τ_β стоит величина постоянного времени накопления τ_н. В режиме насыщения распределение плотности заряда в объеме полупроводника существенно отличается от аналогичного распределения в активном режиме, вследствиe чего среднее время жизни неосновных носителей в режиме насыщения τ_н отличается от постоянной τ_β .

Для бездрейфовых транзисторов:

τ_н = (0,5…0,9) τ_β.

Для дрейфовых транзисторов:

τ_н =(1,5…2) τ_β.

В дрейфовых транзисторах τ_н > τ_β,_, поскольку из-за относительно высокоомного сопротивления коллектора накопление избыточного заряда в таких транзисторах происходит как в области базы, так и в области коллектора.

Процесс накопления заканчивается через время

τ_н = 3τ_н.

При выключении ток базы транзистора скачкообразно изменяется от уровня I_б1 до уровня - I_б2 . В момент t₂ (рис.11) начинается уменьшение накопленного избыточного заряда. Этот процесс в интервале t₂ - t₃ называют процессом рассасывания не основных носителей. При этом транзистор до момента t₃ остается настоящим, ток коллектора даже незначительно возрастает за счет протекания I_б2. В целом переходную характеристику транзистора не этапе рассасывания представляют спадающей экспонентой с постоянной времени:

В момент t₃ заряд не основных носителей в базе достигает граничного уровня Q_гр , транзистор приобретает усилительные свойства, и заряд до момента t₄ уменьшается по экспоненте с постоянной времени τ_βэ .

Таким образом, переходная характеристика транзистора позволяет провести расчет длительности переходных процессов в ключевых схемах.