характеризуются полярностями напряжений на переходах транзистора. А именно различают :

1) режим отсечки (t/, < 0; < 0);

2) нормальный активный режим > 0; Uk< 0);

3) инверсный активный режим {U < 0; > 0);

4) режим насыщения (11 > 0; > 0).

Последний было бы правильнее называть режимом двойной инжекции, так как насыщение (тока), как увидим ниже, есть лишь результат такого режима в ключевых схемах.

15-2. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЛЮЧА ОЭ

Рассмотрим семейство характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ (рис. 15-2). Проведем на характеристиках линию нагрузки Rk- Минимальный ток ключа соответствует точке А, а минимальное падение напряжения на ключе - точке В. В точке А транзистор заперт, так как на его базе действует положительное смещение; в точке В транзистор открыт и насыщен.

Рассмотрим подробнее эти два состояния, положив в основу формулы (4-4), описывающие идеализированный транзистор в режиме большого сигнала.

Режим отсечки. Пусть £б > О и пусть обе э. д. с. и Е значительно превышают величину температурного потенциала (рг. Положим, кроме того, что сопротивления R и R не

очень велики, так что падением напряжения на них от остаточных токов базы и коллектора можно пренебречь. Тогда можно считать \Ug\ £б > Фт- и \UJ ~ -к > <¥т, т. е. пренебречь экспонентами в формулах (4-4). Переходя в последних от а к р, используя соотношение (4-5) и полагая Pjv Р/, получаем следующие значения токов в запертом транзисторе :

Рис. 15-2. Рабочие точки ключа ОЭ на семействе коллекторных характеристик.

19 - 1 I а I Q о кО й kOi

(15-la) (15-16)

Полярности напряжений указаны применительно к транзистору р-п-р.

2 Здесь и далее под коэффихдаентами Р понимаются интегральные значения (см. § 4-6), поскольку в ключах и вообще в импульсных схемах транзисторы работают в широком диапазоне токов и напряжений. Напомним, что коэффициенты Р зависят от режима; в частности, в режиме отсечки они могут иметь гораздо меньшие значения, чем в нормальном активном режиме.

Отсюда следует, что ток эмиттера значительно меньше остальных двух токов, поскольку Р/ < Pjv; поэтому в режиме отсечки имеем:

Рассмотренный случай называют режимом глубокой отсечки, так как выходной ток имеет минимальное значение. С уменьшением положительного смещения на базе до нуля транзистор продолжает оставаться запертым, но его токи несколько изменяются. Полагая Ug ~ Е(, = О в формулах (4-4) и считая по-прежнему

IkI ~ £к > Фт-. получаем приближенные значения токов ка границе режима отсечки и активного режима:

/аМко; (15-2а)

/к(1+Р/)/ко; (15-26)

/б-/ко. (15-2B)

Сравнивая выражения (15-1) и (15-2), приходим к выводу, что ток эмиттера ка границе отсечки существенно увеличивается и меняет знак, тогда как ток базы остается практически неизменным. Соответственно ток коллектора возрастает примерно на ту же величину, что и ток эмиттера. Изменения всех трех токов в области отсечки иллюстрируются кривыми ка рис. 15-3. Напряжение Ug, при котором ток 1д проходит через куль, нетрудно получить из формулы (4-4а):

(15-3)

Рис. 15-3. Статические характеристики ключа в режиме отсечки и в начале активного режима.

Ugo~(pT\nil+n).

Если, например, = 20, то Uo-0,08 В. Формулы (15-1) и (15-2) были выведены в предположении, что

(15-4а) (15-46)

Если сопротивление велико, так что условие (15-4а) не соблюдается, то токи коллектора и эмиттера могут получиться больше ожидаемых величин.

На рис. 15-3 из точки проведены две линии нагрузки, соответствующие двум разным сопротивлениям: Re и Re; точки пересечения 1 и 2 определяют действительный режим транзистора. Как видим, при сопротивлении Rc транзистор еще находится в режиме отсечки, хотя и не такой глубокой. Как можно было ожидать, судя по значению fg- При сопротивлении же Rc транзистор переходит в активный режим, несмотря ка положительную величину £б- Во избежание такого нежелательного явления следует рекомендовать выбор сопротивления R, исходя из неравенства (15-4а). По аналогичным соображениям сопротивление R должно удовлетворять неравенству (15-46), что обычно легко выполняется. В обоих случаях под током / о нужно понимать максимальное значение теплового тока, соответствующее наивысшей рабочей температуре.

В заключение напомним, что собстаенно тепловой ток /ко - это не единственный, а иногда и не главный компонент обратного тока в запертом р-п переходе. Например, у кремниевых 1 ранзисторов токи в запертом состоянии определяются токами термогенерации в переходах (см. § 2-6), которые значительно меньше тепловых токов германиевых транзисторов. Кроме того, в обоих типах транзисторов определенную роль могут играть токи утечки, особенно при комнатной и пониженных температурах. Однако в целом режим отсечки в кремниевых транзисторах характерен столь малыми токами, что его теоретический анализ практически не оправдан. Материал данного раздела можно считать относящимся только к германиевым транзисторам.

Спецификой дрейфовых транзисторов в области отсечки является то, что при сравнительно небольших запирающих напряжениях £б (1-2, иногда до 5 В) происходит обратимый пробой эмиттерного перехода (см. § 4-12) и ток /б резко возрастает; это, однако, не приводит к отпиранию коллекторной цепи.

Режим насыщения. В режиме насыщения оба р-п перехода транзистора смещены в положительном направлении и напряжения на них не превышают 0,35-0,75 В. Обычно э. д. с. Eg и Е значительно больше межэлектродкых напряжений, поэтому токи /в и /к (а следовательно, и ток /д) можно считать заданными внешней схемой:

В условиях заданных токов критерий насыщения > 0; Ug >0 оказывается неудобным, так как требует предварительного определения напряжений. Поэтому целесообразно (во всяком случае в статическом режиме) иметь критерий насыщения, выраженный через токи. Такой критерий легко получить из выражения (4-6). А именно, когда транзистор находится в активном режиме ilJ < 0), имеем /к >a/j. На границе насыщения {U = 0) имеем /