1.1.2. Режим насыщения

Этот режим имеет место в случае, когда на вход ключа подаётся большое напряжение, и оба p-n перехода транзистора открыты (линия ОА на рис. 1.3). За счёт большого входного сигнала база транзистора насыщена неосновными носителями зарядов до такой степени, что происходит нейтрализация коллекторного потенциала, и ранее закрытый коллекторный переход открывается. Через транзистор протекают токи насыщения базы и коллектора , , определяемые внешними элементами схемы:

, .

У словие, при котором транзистор входит в режим насыщения выражается неравенством . Анализ уравнений Эберса-Молла при выполнении этого неравенства позволяет получить эквивалентную схему для открытого ключа при насыщенном транзисторе с учётом объёмных сопротивлений и (рис. 1.6).

Остаточные напряжения на переходах транзистора можно выразить следующим образом:

- на эмиттерном переходе:

;

- на коллекторном переходе: .

Режим насыщения зависит не от величин токов в транзисторе, а от их соотношения, поэтому вводят количественную характеристику этого соотношения, которое называется степенью (коэффициентом) насыщения. Его значение определяет превышение величины базового тока , создаваемого входным сигналом, по отношению к его граничному значению при наступлении режима насыщения: .

При больших значениях тока базы величины напряжений транзистора U_БЭ, U_КБ, U_КЭ практически не изменяются, правда, увеличивается нагрузочная способность ключа, но ухудшается его быстродействие, которое будет рассмотрено ниже.

Поэтому оптимальное значение степени насыщения так же, как и коэффициента запирания, принимается равным .

Для указанных значений коэффициента N при токе величина остаточного напряжения на участке коллектор-эмиттер при нормальном режиме включении транзистора может быть найдена из следующего выражения:

.

При инверсном включении транзистора величина . Она значительно меньше, чем при нормальном включении, так как . Поэтому указанное включение транзисторов используется в тех случаях, когда требуются малые значения величин остаточных напряжений, например в схемах модуляторов и демодуляторов.

1.2. Динамические свойства ключа

Транзистор является инерционным прибором, поэтому динамические свойства транзисторного ключа или его переходные процессы определяются временными процессами включения и выключения : и .

Анализ каждого временного интервалов проводится либо с использованием операционного (операторного) метода, либо анализа уравнений непрерывности заряда (метода заряда), согласно которому положительные и отрицательные заряды в любой точке базы меняются с одинаковой скоростью.

Рассмотрим отдельно каждый из этих процессов.

1.2.1. Время задержки

Э то время обусловлено перезарядкой барьерных ёмкостей закрытых р-n переходов транзистора С_БЭ и С_БК. Считая сопротивление резистора R_К небольшим (рис. 1), эти конденсаторы будут соединены параллельно, и они образуют входную ёмкость: . Эквивалентная схема ключа на этапе задержки показана на рис. 1.7.

Конденсатор С_ВХ перезаряжается от напряжения до по экспоненциальному закону:

, где .

Считая транзистор идеальным, полагаем, что он открывается при . Решаем полученное уравнение при перезарядке ёмкости С_ВХ относительно времени и имеем:

.

Если считать, что перезарядка С_ВХ происходит постоянным током, то время задержки включения t_ЗД определится выражением:

.

Если сопротивление резистора , то время t_ЗД будет определяться перезарядкой конденсатора С_БЭ, и в момент его окончания на коллекторе транзистора будет скачок положительного выброса напряжения. Уменьшение можно получить применением ВЧ транзисторов и увеличением отпирающего тока (напряжения).