Динамические характеристики транзисторного ключа

Транзисторный ключ работает, как правило, в импульсном режиме, когда на вход поступают импульсы напряжения прямоугольной формы. При этом очень важным параметром является время переключения транзистора из одного состояния в другое.

На рис. 7.3 показаны временные диаграммы импульсов во входных и выход ных цепях транзистора при поступлении на вход транзисторного ключа импульса напряжения u _вх прямоугольной формы (рис. 7.3, а).

В интервале t ₀ – t ₁ на входе ключа запирающее напряжение, поэтому ток базы i _б = – I _ко (на диаграмме рис. 7.3, б показано, что i _б = 0, т.к I _ко очень мал). Поэтому ток коллектора i _к = I _ко и тоже показан нулевым на рис. 86, в. Напряжение на коллекторе u _кэ » Е_к, так как ток в цепи ключа практически отсутствует (см. рис. 7.2, б).

В момент времени t ₁ входное напряжение меняет знак и становится отпирающим. Практически мгновенно появляется отпирающий ток базы i _б.вкл. Однако ток коллектора i _к из-за инерционности транзистора достигнет своего максимального значения i _к = Е_к/ R _к в момент времени t ₂ за некоторое время t _вкл, называемое временем включения транзистора. За этот же интервал времени напряжение на коллекторе транзистора уменьшается до величины напряжения насыщения D U _кэ.нас (см. рис. 7.3, в, а также рис. 7.2, б). Эти значения тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер сохраняются до начала следующего переходного процесса.

В момент времени t ₃ входное напряжение меняет знак и становится запирающим. Под действием этого напряжения ток базы тоже меняет знак и становится равным i _б.выкл. Изменение направления тока базы связано с тем, что в базе накоплен избыточный заряд, и пока он рассасывается, переход база-эмиттер остается замкнутым накоротко. В интервале времени t ₃ - t ₄ (пока происходит рассасывание избыточных носителей заряда в базе) транзистор остается во включенном состоянии, поэтому ток коллектора и напряжение коллектор-эмиттер не меняют своих значений. Интервал времени t _рас = t ₄ - t ₃ называют временем рассасывания.

После окончания рассасывания начинается спад токов базы и коллектора в течение интервала времени t _сп = t ₅ – t ₄, называемого временем спада. В это же время напряжение на коллекторе транзистора увеличивается до Е_к.

Время выключения транзистора t _выкл является суммой времени рассасывания t _рас и времени спада t _сп .

Время рассасывания сильно зависит от степени насыщения транзистора перед его выключением. Минимальное время рассасывания получается при граничном режиме насыщения. Для ускорения процесса рассасывания через переход эмиттер-база пропускают ток, который является функцией обратного напряжения на базе. Однако прикладывать к базе большое обратное напряжение нельзя, так как может произойти пробой перехода база-эмиттер. Максимальное обратное напряжение на базе обычно не превышает 5 – 7 В.

В справочных данных обычно приводят времена включения, спада и рассасывания. Для наиболее быстрых транзисторов время рассасывания составляет 50 – 200 нс, однако для многих мощных транзисторов оно достигает 10 мкс.

Мощность потерь, рассеиваемая на коллекторе транзистора, в динамическом режиме возрастает по сравнению со статическим режимом, так как в интервалах времени, когда транзистор переходит из одного состояния в другое, на нем рассеивается значительная мощность. Если считать траекторию возрастания (убывания) тока (напряжения) прямолинейной, то рассеиваемую мощность в интервалах времени t _вкл и t _сп можно рассчитать по формуле

Р_пер = 0,5 I _к.макс U _{кэ.макс}.

Мощность потерь, рассеиваемая на коллекторе транзистора, зависит от относительной длительности интервалов времени t_вкл и t_сп по отношению к периоду импульсов

,

где t _И, t _П и Т – время импульса, время паузы и период импульса тока коллектора; Р_о, Р_з и Р_пер – мощность, рассеиваемая на коллекторе в открытом состоянии, в закрытом состоянии и в переходном режиме.

Таким образом, с возрастанием частоты импульсов при неизменных t _вкл и t _сп мощность, рассеиваемая на транзисторе увеличивается. Это надо учитывать при выборе транзистора для ключевой схемы.

 

 

⇐ Предыдущая20212223242526272829Следующая ⇒

Поделиться: