onetwoclick.ru
Транзисторный ключ является основным элементом устройств цифровой электроники и очень многих устройств силовой электроники. Параметры и характеристики транзисторного ключа в очень большой степени определяют свойства соответствующих схем. Качественное улучшение параметров и характеристик транзисторных ключей приводит к радикальному улучшению электронных устройств и часто сопровождается пересмотром использующихся схемотехнических решений.
Изобразим схему простейшего ключа на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, и соответствующую временную диаграмму входного напряжения (рис. 3.7) уменьшает напряжение между коллектором и эмиттером, что уменьшает мощность, выделяющуюся в выходной цепи транзистора, но это уменьшение практически прекращается при qнac = 3; чрезмерное увеличение тока базы приводит к заметному увеличению мощности, выделяемой во входной цепи транзистора.
Через uбэ.порог обозначено пороговое напряжение между базой и эмиттером, которое соответствует некоторому малому значению тока базы.
Например, считают, что напряжение uбэ.порог соответствует току базы, в 10 раз меньшему тока iб.нас.мин. Через iк.порог обозначен ток коллектора, соответствующий напряжению uбэ.порог. Интервал t1…t2 называют интервалом задержки включения, интервал t2….t3 — интервалом формирования фронта, а интервал t3…t4 — интервалом накопления заряда. Разность t3 – t1 называют временем включения.
На интервале задержки включения изменяются напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах, и поэтому изменяются объемные нескомпенсированные заряды в области этих переходов. Это находит отражение в том, что возникают токи электродов транзистора. Но ток коллектора на рассматриваемом интервале мал.
Указанное явление изменения зарядов условно называют перезарядом барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов. Однако не следует забывать, что барьерные емкости, как и диффузионные, являются по определению дифференциальными емкостями. Поэтому к термину «перезаряд» следует относиться с осторожностью.
Например, если напряжение между базой и эмиттером равно нулю, это не означает, что некомпенсированный заряд в области эмиттерного перехода равен нулю (а заряд «обычной» емкости равен нулю при нулевом напряжении). К концу интервала задержки напряжение между базой и эмиттером увеличивается до значения uбэ.парог.
На интервале формирования фронта токи электродов транзистора являются значительными. В начале этого интервала продолжается изменение напряжения на эмиттерном переходе. В течение всего интервала изменяется напряжение на коллекторном переходе.
Но следует учитывать, что заряд неосновных носителей практически мгновенно компенсируется зарядом основных носителей. Подробнее этот вопрос рассмотрен при изучении полупроводникового диода и явления диэлектрической релаксации (релаксации Максвелла). Чем больше коэффициент насыщения, тем меньше длительность фронта tф.
На интервале накопления заряда продолжается накопление неравновесных носителей электричества. При этом напряжение uкэнезначительно уменьшается, а ток коллектора незначительно увеличивается.
Изобразим временные диаграммы, иллюстрирующие процесс выключения (рис. 3.9). 
На рис. 3.9 введены следующие обозначения интервалов времени:
t1 … t2 — рассасывания заряда;
t2 … t3 — формирования спада;
t3 … t4 — установления.
Разность t3 – t1 называют временем выключения. На интервале рассасывания ток базы отрицательный и ограничивается резистором Rб. Если пренебречь напряжением uбэ, то iб = – U2 / Rб
На этом интервале происходит уменьшение концентрации неравновесных носителей электричества, и к концу интервала транзистор выходит из режима насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, тем больше время рассасывания tpac. Чем больше по модулю ток iб, тем меньше время рассасывания.
На интервале форсирования спада продолжается уменьшение концентрации неравновесных носителей, ток iк значительно уменьшается, а напряжение на коллекторном переходе и напряжение uкэ
значительно возрастает. Изменение напряжения на коллекторном переходе приводит к изменению объемных нескомпенсированых зарядов в области этого перехода (говорят, что барьерная коллекторная емкость перезаряжается).
На интервале установления напряжение uбэ изменяется от величины uбэ.порог до –U2. При этом изменяются нескомпенсированные объемные заряды переходов транзистора.
После момента времени t3 ток коллектора становится равным току базы, эмиттерный переход смещается в обратном направлении, ток базы быстро уменьшается по модулю и становится нулевым.
Количественный анализ динамических режимов транзисторных ключей настоятельно рекомендуется выполнить с помощью пакетов программ для машинного анализа электронных схем (Micro-Cap V и др.). Эти пакеты программ позволяют анализировать переходные процессы при самых сложных входных сигналах.
Из изложенного следует, что время включения ключа можно уменьшить, увеличивая отпирающий ток базы. В то же время увеличивать коэффициент насыщения нежелательно, так как это удлиняет время выключения. Аналогично время выключения можно уменьшить, увеличивая запирающий (отрицательный) ток базы.
Представим схему транзисторного ключа с форсирующим конденсатором, который увеличивает положительную и отрицательную амплитуды тока базы и тем самым повышает быстродействие (рис. 3.10). Работу ключа поясняют временные диаграммы. Подобные схемы широко используются на практике. 
