Переходные процессы

Переходные процессы в ключах возникают при переключении схемы из одного статического состояния в другое. Из-за инерционности транзистора и наличия паразитных емкостей схемы переключение происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени, от которого зависит быстродействие ключа. Для анализа переходных процессов в насыщенных транзисторных ключах используют метод заряда в базе, основанный на том, что в активной области между коллекторным током и зарядом в базе Q(t) существует линейная зависимость

= Q(t)/ ,

где = = /2 - постоянная времени транзистора. Изменение

заряда в базе dQ/dt определяется двумя составляющими: током базы и рекомбинацией зарядов в базе Q(t)/

Решение уравнения при скачкообразном изменении тока базы имеет вид

Q(t)= ( ) ,

где = (0), ( ) = ( ) – начальное и конечное значение заряда в базе. Переходные процессы принято рассматривать при включении и выключении транзисторного ключа.

Процесс включениявозникает при переходе транзистора из состояния отсечки в насыщение. Переходные процессы поясняются диаграммами на рис. 2.7. Начиная с момента , на входе ключа действует высокий отпирающий потенциал , который создает базовый ток = / . Транзистор переходит в активный режим. С появлением базового тока связано нарастание заряда в базе

Q(t)= (1 ).

Пока транзистор находится в активном режиме, его коллекторный ток изменяется пропорционально заряду Q(t). В момент , когда коллекторный ток достигает наибольшей величины , заряд в базе станет равным граничному значению = . Рост коллекторного тока прекращается, а заряд в базе продолжает увеличиваться и при t достигает величины = . При этом в базе скапливается избыточный заряд. Длительность включения равна времени нарастания коллекторного тока от 0 до , оценивается соотношением

= .

Выключение транзистора начинается в момент когда на входе ключа устанавливается низкий уровень напряжения = 0. Ток базы меняет свое направление. Его источником является заряд в базе, который уменьшается по экспоненциальному закону

Q(t)= ( ) ,

где = / – ток запирания; - напряжение база-эмиттер насыщения.

До тех пор пока заряд в базе не превышает граничное значение и транзистор остается в насыщенном состоянии. За время рассасывания заряд уменьшается до уровня и транзистор переходит в активный режим. Коллекторный ток начинает уменьшаться в соответствии с изменением заряда в базе и за время достигает нулевого значения. Транзистор переходит в статическое состояние отсечки. Длительность рассасывания и время спада коллекторного тока зависят от степени насыщения транзистора S и запирающего тока :

= , =

, .

Для сокращения времени переходных процессов параллельно включают ускоряющий конденсатор . Во время включения и выключения транзистора ток через конденсатор достигает значительной величины. При этом заметно возрастают токи базы включения и выключения транзистора, что способствует быстрому переключению схемы.