Ключевой режим работы биполярного транзистора

Ключевой режим работы характеризуется большой амплитудой переключающего импульса, когда транзистор переходит из состояния с большим внутренним сопротивлением (ключ разомкнут) в состояние с малым сопротивлением (ключ замкнут) и обратно.

Схема простейшего ключа на n-p-n-транзисторе приведена на рис.19. На рис. 20 а показаны выходные статические характеристики, нагрузочная характеристика и расположение рабочих точек A и B. На рис. 20 б показано расположение рабочих точек A и B на входных характеристиках.

В точке A транзистор находится в режиме отсечки, на базу подано запирающее напряжение –E^-_Б, напряжение на электродах практически совпадают с э.д.с. источников:

U_К » E_К, U_Б » –E^-_Б

В точке B транзистор находится в режиме насыщения, на базу подано отпирающее напряжение + E⁺_Б, токи электродов определяются внешними цепями:

I⁺_Б» (E⁺_Б - U^*) / R_Б, I_КН»E_К/R_К

Для перевода в режим насыщения необходимо выполнить условие:

I_Б⁺>I_БН, или, что то же, B I⁺_Б> I_КН,

где I_БН - ток базы, соответствующий границе режима насыщения,

B = I_КН ¤ I_БН - коэффициент усиления тока базы в режиме большого сигнала.

Силу этого неравенства характеризуют особым параметром – степенью насыщения S:

S = I⁺_Б /I_БН = B I⁺_Б /I_КН (37)

Статическими параметрами ключа являются остаточное напряжение U_КН во включенном состоянии (точка B) и остаточный ток I_ост в выключенном состоянии (точка A). В ключевых схемах транзистор находится в активном режиме лишь в переходном состоянии.

Остаточное напряжение складывается из напряжения U_КЭ и падения напряжения на омическом сопротивлении коллектора r_KK:

U_КН= U_КЭ + r_KK×_×I_КН

Первое слагаемое определяется формулой:

, (38)

где B_i – инверсный коэффициент передачи тока базы.

Быстродействие ключа характеризуется динамическими параметрами – временем включения t_вкл и временем выключения t_выкл.