Формирование фронта

Когда в момент времени t₁ эмиттерный переход открывается, начинается процесс нарастания коллек­торного тока, сопровождающийся снижением коллекторного на­пряжения. Коллекторный ток увеличивается до момента време­ни t₂, когда транзистор входит в режим насыщения. В интервале времени t₁ …t₂. происходит формирование фронта импульса тока. Длительность фронта t_ф = t₁ + t₂ можно определить из уравне­ния (7.6). Так как начальный объемный заряд q(0) = 0, а

Таким образом, и объемный заряд неосновных носителей в базе, и коллекторный ток во время формирования фронта из­меняются по экспоненциальному закону. Когда i_к (t₂) = I_к и заряд неосновных носителей в базе достигает значения q(t₂) = tI_{к нас} /h_21э, формирование фронта заканчивается. Получим формулу для расчета длительности фронта

Из полученного соотношения следует, что увеличение базового тока включения приводит к уменьшению длительности фронта импульса коллекторного тока. Если при формировании фронта емкостный ток соизмерим с коллекторным током транзистора, то для расчета t_ф в формуле необходимо заменить t на t_экв

После того как транзистор войдет в режим насыщения, ток i_к и напряжение u_кэ перестают изменяться, но процесс накопле­ния заряда продолжается по экспоненциальному закону, однако постоянная времени здесь другая: t_нас = (0,8...0,9)t.

Поскольку процесс накопления носит экспоненциальный ха­рактер, то время, в течение которого заряд неосновных носителей достигает стационарного значения, можно вычислить по форму­ле t_нас = (0,8...0,9)t_нас На этом процесс включения транзисторного ключа заканчи­вается.

Выключение транзисторного ключа

Когда в момент времени t₃ происходит переключение входного напряжения с U_б⁺ на U_б^- (см. рис. 7.3), начинается процесс вы­ключения транзисторного ключа. При переключении входного напряжения ток базы меняет направление и становится равным

Стадия рассасывания. В результате изменения направления базового тока начинается процесс рассасывания неосновных носителей. Несмотря на уменьшение заряда, транзистор некото­рое время находится в режиме насыщения и коллекторный ток остается равным I_{к нас} В момент времени t₄ (см. рис. 9.5) кон­центрация неосновных носителей около коллекторного перехода уменьшается до нуля и на коллекторном переходе восстанавли­вается обратное напряжение.

Таким образом, интервал времени t_рас = t₄ – t₃ определяет за­держку среза импульса коллекторного тока. Время t_рас, кото­рое называется временем рассасывания, можно определить из уравнения (7.6), положив

Переходя от изображения к оригиналу, получим

Этап рассасывания заканчивается, когда транзистор входит в активный режим, и если положить, что в момент времени t₄ объемный заряд q(t₄) = t_нас I_{к нас} /h_21э, то получим

Иногда зарядом q(t₄) пренебрегают, и формула для расчета вре­мени рассасывания принимает вид

Стадия формирования спада. В дальнейшем начинается умень­шение базового и коллекторного токов, что сопровождается уве­личением напряжения u_кэ и формируется спад вершины импульса коллекторного тока. Процессы, протекающие в транзисторном ключе в этой стадии, довольно сложны, и количественная оцен­ка длительности спада зависит от того, какие факторы пре­валируют. Принимая во внимание, что в момент окон­чания стадии спада q(t₅) = 0, получаем

Данная формула получена при довольно грубом приближе­нии, поскольку в действительности ток базы не остается пос­тоянным и нельзя пренебрегать токами зарядки емкости нагрузки транзисторного ключа. Когда определяющим явля­ется процесс зарядки этих емкостей, то длительность спада рас­считывается по формуле