3.1.4 Процесс открывания (включения) ключа

Пусть в исходном состоянии на вход ключа рис. 3.3, а подан низкий уровень напряжения В. Напряжение на базе равно входному напряжению, поэтому БТ находится в отсечке и ключ закрыт. Токи базы и коллектора равны нулю. На выходе ключа – высокий уровень напряжения (см. рис. 3.4, а).

а)	б)
Рисунок 3.4 – Временные диаграммы ключа В момент напряжение на входе скачком возрастает до высокого уровня . Напряжение на базе мгновенно увеличиться не может, так как к базе подключены емкости закрытых эмиттерного и коллекторного переходов, на заряд которых требуется определенное время. В момент напряжение достигает уровня , и переход база-эмиттер открывается. Появляется ток базы . (3.1.5)

БТ переходит в активный режим. Из эмиттера в базу начинают поступать электроны, заряд электронов в базе нарастает. Пропорционально заряду увеличивается ток коллектора и уменьшается напряжение на выходе ключа.

В момент ток коллектора достигает своего максимального значения , а напряжение на выходе ключа – минимального значения . Переход база-коллектор открывается, и БТ входит в насыщение. Заряд электронов в базе, соответствующий этому моменту, называется граничным – .

В момент заряд в базе достигает максимального значения , и процесс открывания ключа завершается. Заряд в базе, превышающий , называется избыточным.

На временных диаграммах переходного процесса открывания ключа (рис. 3.4, а) можно выделить три временных интервала, соответствующих разным физическим процессам и режимам работы БТ:

- - время задержки фронта включения БТ (происходит заряд паразитных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов, режим отсечки);

- - время фронта нарастания тока коллектора (нарастает ток коллектора, активный режим);

- - время накопления избыточного заряда в базе (в базе накапливается избыточный заряд неосновных носителей, режим насыщения).

Длительность открывания ключа (время включения), таким образом, можно представить как сумму трех временных интервалов:

. (3.1.6)

На практике учитывают только время фронта , так как интервал у современных транзисторов мал, а к моменту наступления интервала выходное напряжение ключа достигает своего установившегося значения, и его величина не влияет на задержку прохождения сигнала через ключ.

3.1.5 Процесс закрывания (выключения) ключа

Рассмотрим временные диаграммы на рис. 3.4, б.

В исходном состоянии на вход ключа подан высокий уровень напряжения . Ключ открыт, БТ находится в насыщении. На базе – напряжение . Протекают открывающий ток базы и ток коллектора насыщения . В базе накоплен максимальный заряд неосновных носителей , инжектируемых из эмиттера. На выходе ключа присутствует низкий уровень напряжения .

В момент напряжение на входе скачком уменьшается до низкого уровня В. Поскольку заряд неосновных носителей в базе мгновенно рассасаться не может, то БТ продолжает оставаться в режиме насыщения и на базе сохраняется напряжение . В результате ток в цепи базы меняет направление на противоположное и принимает значение

. (3.1.7)

Под действием токов базы и коллектора заряд в базе начинает рассасываться.

В момент уровень заряда достигает граничного значения , и БТ переходит в активный режим. Пропорционально заряду в базе начинает уменьшаться ток коллектора и увеличиваться напряжение на выходе ключа.

К моменту заряд в базе полностью рассасывается. Ток коллектора достигает минимального уровня, соответствующего закрытому состоянию ключа, который можно принять равным нулю. Напряжение на выходе увеличивается до . БТ переходит в отсечку.

Далее происходит разряд паразитных емкостей коллекторного и эмиттерного переходов, который завершается в момент , и процесс закрывания ключа заканчивается.

Как при включении, на временных диаграммах присутствуют три временных интервала:

- - время рассасывания избыточного заряда в базе (режим насыщения БТ);

- - время спада тока коллектора (активный режим);

- - время восстановления закрытого состояния ключа (режим отсечки).

Время выключения записывается в виде

. (3.1.8)

На практике в расчет берут только и , так как к моменту начала интервала выходное напряжение ключа принимает установившееся значение и дальше не изменяется.