где т х =/бвх- Подставляя f/g = О, находим время разряда емкости, которое и есть время задержки фронта;

?з = Тв, 1П

(15-33)

Положим, что сопротивление достаточно мало и поэтому емкости Сэ и Ск можно считать соединенными параллельно. Тогда Св. = Сэ + Ск.

Пусть, например, + Ск = 15 пФ; = f/go = 2 В; Re = i= 2 кОм; тогда 4 ~ 20 не. В ряде случаев задержка сравнима с длительностями фронтов и даже превышает их.

В другом крайнем случае (/?к = оо) напряжение на емкости Ск не меняется в интервале и время задержки определяется только разрядом емкости Сэ, т. е. в формуле (15-33) нужно положить тх = RtCg. В этом случае изменения потенциала t/g будут полностью передаваться через емкость Ск на коллектор и в момент 4 потенциал последнего будет равен Ек + бо- Иначе говоря, последующему положительному фронту коллекторного напряжения будет предшествовать отрицательный выброс.

Поскольку задержка проявляется в сдвиге переходной характеристики и не влияет на форму фронта, в следующем разделе считается, что поступивший входной сигнал сразу отпирает транзистор.

Положительный фронт. Пусть на входе ключа в момент = О задана ступенька тока /gi (рис. 15-11, а) и пусть этот ток достаточен для последующего насыщения:

/б1>

Рис. 15-11. Этап формирования положительного фронта в ключе.

а - входной ток; б - заряд в базе; в - ток в нагрузке.

Коллекторный ток сначала нарастает так же, как в усилительном каскаде, т. е. экспоненциально, стремясь к установившемуся значению p/gi > EJRk- Однако, достигнув величины / . = EJR, ток /к больше не может увеличиваться, и формирование фронта заканчивается (рис. 15-11, е). Подставляя /g в уравнение (15-286), получаем изображение

Q(s)=-,

которому соответствует оригинал

(0 = /б1т(1-Г). . (15-34)

Окончание положительного фронта соответствует тому моменту, когда заряд становится равным граничному значению Q,.p (рис. 15-11, б). Подставляя (15-27) в (15-34), находим длительность положительного фронта:

f = Tln-(15-35) /61-р-

Например, при т = 2 мкс; р = 50; /gi = 1 мА; / .я = 5 мА получается = 0,2 мкс. Если учесть коллекторную емкость, положив Ск = 10 пФ и = 2 кОм, то из (15-32а) получим 3 мкс и, следовательно, tф = 0,3 мкс*.

Поскольку ток коллектора согласно (15-25) пропорционален заряду, получаем из (15-34) следующую зависимость:

tK(0 = P/6i(l-e ). (15-36)

При сильном отпирающем сигнале, когда соблюдается условие (15-316), т. е.

Р/б1>/к.я.

фронт импульса близок к линейному и описывается выражением (15-ЗОа) при А/б = /б1:

iAt)hi~- (15-37)

Отсюда, полагая, 1. = / .н, легко найти длительность положительного фронта при сильном сигнале:

exj-f. (15-38)

Формулы (15-35) и (15-38) показывают, что длительность фронта 4 уменьшается в первую очередь с ростом отпирающего тока /б1. При прочих равных условиях она меньше у транзисторов с меньшим временем жизни и большим значением Р, в частности у дрейфовых транзисторов. При сильном сигнале величина коэффициента Р не играет роли; определяющим параметром становится постоянная времени т.

Накопление носителей. Начиная с момента все три внешних, тока транзистора практически не меняются. Однако заряд в базе

* При наличии емкости нагрузки время фронта дополнительно возрастает, поскольку емкости и С+ можно считать соединенными параллельно. Кроме того, как показано в [156], при условии Q > Ск становится заметной дополнительная задержка фронта, обусловленная зарядом емкости С . Зарядный ток этой емкости может намного превышать ток насыщения. Последующие выражения (15-36)-(15-38) подразумевают отсутствие емкости Сн или, во всяком случае, условие Сд < Ск.

продолжает нарастать по закону (15-34), и этот процесс заканчивается лишь через время

/ = (2---3)т , (15-39)

которое называют временем накопления.

В формуле (15-39) вместо ранее использованного времени жизни т стоит величина т , которую называют постоянной времена накопления. Она отличается от величины т, поскольку распределение носителей в базе при насыщении заметно отличается от распределения при нормальном активном режиме. Из рис. 15-12 видно, что распределение носителей при насыщении близко к распределению в инверсном активном режиме. Поэтому часто полагают il47] т = Т/, где Т/ - инверсное время жизни, которое в большей степени определяется поверхностной, рекомбинацией и поэтому меньше, чем т. Постоянная времени зависит от токов /g и /.н благодаря изменениям электронных составляющих эмиттерного и коллекторного токов.

Рассмотрим этот вопрос на примере симметричного транзистора, для которого

/ = 4 -f/Kn=/i(l-T)+/a(l-V) = (A + /2)(l-v). где Y - коэффициент инжекции, а /f и /г - инжектируемые компоненты токов (см. рис. 4-9). Каждому из этих компонентов соответствует линейное распределение концентрации (рис. 15-13). Следовательно, заряды Qi и связаны с токами /i и /а формулой (15-256). Выражая сумму li+I через заряд Q = Qi -Ь Qa, получаем:

Рйс. 15-12. Примерное распределение дырок в базе для нормального (а), инверсного (б) и насыщенного (в) режимов.

Р(-У)

Подставляя этот ток в уравнение (15-24а) и перенося член / в левую часть, убеждаемся, что форма уравнения (15-24в) сохраняется, но результирующая постоянная времени имеет меньшее значение *:

Из (15-40) следует, что величина Тц должна уменьшаться с ростом заряда в базе (т. е. с увеличением тока Ц), а также с ростом тока так как в обоих случаях уменьшается коэффициент инжекции. Кроме того, ясно, что т изменяется в процессе нарастания заряда от начального значения т до установившегося значения (15-40). Однако учет этого изменения сильно осложняет анализ; целесообразнее пользоваться усредненным значением Тц, близкой к инверсному времени жизни, измеренному при соответствующем токе.

* Для несимметричного транзистора постоянная времени т выражается более сложной формулой; кроме того, в правой части уравнения заряда появляется дополнительное положительное слагаемое, пропорциональное току / .н и зависящее от коэффициентов инжекции.