1.2.4. Выводы.

При анализе переходных процессов транзистор удобно рассматривать как элемент, управляемый зарядом не основных носителей в цепи базы.

Переходная характеристика транзистора на различных этапах переключения может быть представлена нарастающей или убывающей экспонентой. Переходная характеристика транзистора в активной области его работы характеризуется постоянной времени τ_βэ , связанной с частотными свойствами транзистора и временем перезаряда барьерных емкостей и емкости нагрузки. Переходная характеристика транзистора в области насыщения характеризуется постоянной времени накопления - τ_н, отличающейся от τ_β. Отличие τ_н от τ_β вызвано разным распределением плотности заряда в зависимости от режима работы транзистора и особенностей его конструкции.

Насыщение транзистора связано с процессом накопления избыточного заряда неосновных носителей в цепи базы. Коэффициент насыщения S₁ определяется величиной избыточного заряда.

Чем больше коэффициенты насыщения S₁,S₂, тем больше быстродействие ключа при формировании фронтов выходного тока. Однако с ростом S₁ увеличивается запаздывание момента начала запирания транзистора по отношению к фронту управляющего сигнала.

1.3. Методы повышения быстродействия ключа

Основные методы, которыми можно повысить быстродействие ключа на биполярном транзисторе, можно свести к следующим.

1. Применение высокочастотных транзисторов.

2. Оптимизация формы управления тока.

3. Применение нелинейной отрицательной обратной связи (ООС).

Первый метод очевиден из анализа переходной характеристики транзистора. Рассмотрим второй и третий методы, которые между собой связаны.

1.3.1. Оптимизация формы управляющего сигнала с помощью ускоряющего конденсатора

Повышение быстродействия транзисторного ключа "ОЭ" может быть достигнуто за счет сокращения длительностей t_вкл. и t_выкл. . Улучшение динамических характеристик ключа возможно только при оптимизации формы тока базы. Оптимальной можно считать ступенчатую форму управляющего тока, показанную на рис.14. Поскольку длительность переднего и заднего франтов коллекторного тока уменьшается при увеличении отпирающего и запирающего тока базы, то на этапе включения и выключения транзистора целесообразно увеличить амплитуду базового тока, т.е. обеспечить S₁>>1, S₂>>1. Для уменьшения задержки выключения, связанной с временем рассасывания неосновных носителей в базе t_р, целесообразно уменьшить ток базы до уровня I_б1^’ ≈ I_бн к моменту окончания входного импульса (длительностью t_ивх).

П ри прямоугольной форме управляющего напряжения форму тока базы можно получить близкой к оптимальной с помощью ускоряющего конденсатора С_б, подключенного параллельно резистору R_б (см. рис.15). Конденсатор С_б иногда называют форсирующим.

На рис.16 приведены упрощенные диаграммы сигнала с генератора, имеющего внутреннее сопротивление R_г, и тока базы.

Форсирующее действие емкости C_б должно быть наиболее эффективным в интервалах включения и выключения. В этих промежутках времени ток через конденсатор не должен существенно уменьшаться.

П оэтому первым условием выбора емкости С_б будут неравенства:

С_б (R_б R_г) >> t_вкл.

С_б (R_б  R_г) >> t_выкл..

К моменту подачи выключающего сигнала ток базы должен уменьшаться до уровня, незначительно превышающего ток базы насыщения:

Следовательно, вторым условием выбора оптимального значения С_б будет неравенство:

Длительность переходных процессов в ключе с ускоряющей емкостью на входе можно рассчитать по вышеприведенным формулам, причем на этапе включения I_б1 = I_б1ф ; на этапе выключения I_б2 = I_б2ф , а I_б1 = I_б1^/ . В свою очередь значения I_б1ф , I_б1^/, I_б2ф можно определить в соответствии со схемой на рис.15 следующим образом:

I_б1^’ = Е_б1 / R_б ;