Работа транзистора в импульсном режиме

Биполярные транзисторы, включенные по схеме с ОЭ, широко используются в качестве ключевого элемента переключающих электронных схем (рис. 6.26) и для усиления импульсных сигналов (рис. 6.27).

При работе в качестве ключа основное назначение транзистора состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющих входных сигналов. При усилении импульсных сигналов транзистор может работать в режиме малого и большого сигнала.

По аналогии с механическим ключом (контактом) качество транзисторного ключа определяется минимальным падением напряжения на нем в замкнутом состоянии, минимальным током в разомкнутом состоянии, а также скоростью перехода из одного состояния в другое.

Рис. 6.26 Схема использования транзистора в качестве ключа	Рис. 6.27 Области работы транзистора: а - в схеме с ОБ; б - в схеме с ОЭ; I – отсечки; II – активная; III – насыщения; IV – лавинное умножение.

Нагрузка R_н включена в коллекторную цепь, а управляющие импульсы поступают на вход транзистора через сопротивление R_б. В зависимости от сочетания величин и полярности приложенных напряжений рабочая точка транзистора, работающего в ключевом режиме, может находиться в четырех областях: области отсечки I, активной области II, области насыщения III и области лавинного умножения IV. В области I оба перехода заперты (режим отсечки). В области II реализуется режим усиления: эмиттерный переход инжектирует неосновные носители в базу (прямое смещение), а коллекторный переход заперт (обратное смещение). В области III оба перехода оказываются прямо смещенными и инжектируют носители тока в базу. Область IV является областью лавинного умножения.

Если провести на характеристиках линию нагрузки R_н и если U_Б =0 (I_Б =0), то в коллекторе протекает начальный ток I_кэ0 и рабочая точка находится в точке А. Из-за малой величины I_кэ0 можно считать, что коллектор находится под полным напряжением Е_К. Такое состояние ключа называется разомкнутым.

Если увеличить U_Б (I_Б), то рабочая точка перемещается от А по линии R_н в направлении точки К. При некотором значении I_Б рабочая точка совпадает с точкой М. Тогда ток коллектора будет определяться величинами Е_К. и R_н, так как падением напряжения на транзисторе можно пренебречь: . На коллекторе транзистора остается небольшое напряжение, называемое напряжением насыщения. О таком состоянии ключа принято говорить, что транзистор открыт и насыщен, а ключ замкнут.

Схема простейшего усилительного каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ, приведена на рис. 6.28.

Рис. 6.28. Усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме ОЭ

Переменное напряжение е_Г воздействует на сквозной поток электронов, движущихся из эмиттера в коллектор. В результате этого воздействия коллекторный ток приобретает переменную составляющую i_К, которая благодаря очень высокой эффективности управления может быть значительной даже при очень маленькой величине е_Г. При протекании тока коллектора через нагрузочный резистор на нем выделяется напряжение, также имеющее переменную составляющую u_вых = i_КR_н. Это выходное переменное напряжение при достаточно большом сопротивлении R_н может значительно превосходить величину входного переменного напряжения u_вх: , где - эквивалентное сопротивление, определяемое параллельным включением выходного сопротивления транзистора и R_К.