при тонком коллеетбре (иу < O.SLj

+)-

В обоих выражениях щ - толщина пассивной базы (см. рис. Г5-7), а индексы к относятся к коллекторному слою.

У дрейфовых транзисторов процесс рассасывания может осложниться тем, что при достаточно большом запирающем токе 1(,2 рассасывание основного заряда из активной и пассивной областей базы заканчивается весьма быстро, а задержавшийся заряд электронов, накопившихся в коллекторе (см. с. 482), поступая в базу, может вызвать такое же повторное самооткрывание транзистора, какое описано вьш1е применительно к заряду пассивной базы.

Для того чтобы избежать этого явления, нужно обеспечить достаточную длительность запирающего импульса. В работе [157] показано, что если основная часть заряда накапливается в пассивной области коллектора, то минимальное время, необходимое для перехода этого заряда в базу, составляет: при тонком коллекторе (w < 0,5Lk)

а при толстом коллекторе (а.*к > 2/,)

ин =2,3=2,ЗТк

Как видим, структура этих выражений примерно соответствует либо времени диффузии (при тонком слое), либо времени рассасывания за счет рекомбинации (при толстом слое).

Отрицательный фронт. Рассмотрим сначала простейший случай, когда емкостями и С можно пренебречь, а запирающий ток i I значительно меньше тока насыщения В этом случае заряд в базе меняется под действием тока /gj по тому же закону (15-42), что и на предыдущей стадии. Однако величина заряда, разумеется, не может достигать асимптотического значения - /ga I т, так как заряд дырок всегда положителен. Поэтому процесс формирования отрицательного фронта заканчивается, когда Q = О (рис. 15-17, а). Таким образом, в уравнении (15-28а) начальным условием нужно считать Q (0) = Qpi а в полученном решении вида (15-42) следует положить Q it) = 0. Тогда время отрицательного фронта после подстановки (15-27) оказывается равным:

/к.н

-/б2

/ф = т1п-&-7-. (15-49а)

При сильном запирающем сигнале, когда I /вг I /к.н/Р. можно разложить логарифм в ряд и получить упрощенное выражение:

оно соответствует линейному изменению заряда. Поскольку транзистор на данной стадии работает в активном режиме, ток

коллектора изменяется пропорционально заряду и за время уменьшается от h = /к.н до / = О (рис. 15-17, б). Соответственно напряжение возрастает от £7 О до £/ (рис. 15-17, в).

Заменяя в (15-49) параметр т на То, можно учесть влияние коллекторной емкости и сопротивления нагрузки [см. (15-32а)].

В тех типичных случаях, когда запирающий ток l/ga I сравним стоком насыщения /к. и больше его или когда существенна емкость нагрузки, процесс запирания ключа развивается сложнее.

Положим сначала, что емкость С по-прежнему равна нулю, но ток I /б2 I составляет заметную долю тока Z . Тогда главная

Рис. 15-17. Формирование отрицательного фронта в упрощенном виде.

а - заряд в базе; 6 - ток коллектора; в - коллекторное напряжение.

Рис. 15-18. Распределение неосновных носителей в базе йри запирании транзистора.

причина неточности формул (15-49) заключается в изменениях постоянной времени и предельного значения /егво время переходного процесса. Рассмотрим эту причину на примере симметричного бездрейфового транзистора, у которого в режиме насыщения распределение дырок в базе близко к линейному (рис. 15-10).

При сильном запирающем сигнале это распределение может стать нелинейным уже на стадии рассасывания (см. рис. 15-16). Но даже при сравнительно слабом сигнале распределение неизбежно оказывается нелинейным в пределах отрицательного фронта, когда ток /к, уменьшаясь, делается близким к I , а ток /э = /к - I /б2 I - близким к нулю (рис. 15-18, кривая /). Еще большая нелинейность получается в дальнейшем, когда ток /к становится меньше тока I /ег I, а ток h делается отрицательным (рис. 15-18, кривая 2). Такого рода нелинейное распределение означает, что данному току соответствует заряд, значительно меньший, чем следует из выражений (15-25) (пунктирные линии на рис. 15-18).

Значит, начиная с тока /бг I, коэффициент пропорциональности между зарядом и током в формулах (15-25) уменьшается; соответственно ток /к изменяется медленнее, чем заряд.

Нарушение пропорциональности между током и зарядом можно приписать уменьшению эффективной толщины базы при отрицательных токах эмиттера, в результате чего уменьшается параметр в (15-25а) и растет параметр р в формуле (15-256). Такая интерпретация оправдана формой кривых распределения (рис. 15-18): с ростом тока 1 /д 1 протяженность 1свазилинейного участка между максимумом и коллектором действительно уменьшается, стремясь к wl2.

Когда концентрация дырок у эмиттерного перехода падает до равновесного значения (рис. 15-18, кривая 5), напряжение делается равным нулю. После этого эмиттерный переход работает с отрицательным смещением, как и коллекторный, и уменьшаются оба тока: / и /д (рис. 15-18, кривая 4). Следовательно, начиная с этого момента уменьшается и ток базы, равный их сумме.

Этап, на котором оба р-п перехода смещены в обратном направлении, но в базе (в отличие от статического режима) имеется некоторый остаточный заряд, назовем этапом динамической отсечки транзистора.

Этап динамической отсечки характеризуется автономностью процесса запирания: все три тока уменьшаются на этом этапе по одному и тому же закону независим оот напряжений и сопротивлений во внешних цепях электродов . Закон изменения - экспоненциальный:

t() = /(0)e -Vc,

где - постоямная времени отсечки, а время отсчитывается от момента, когда f/g = 0. В этот начальный момент ток /б (0) еще сохраняет значение /б2, а токи 1 (0) и / (0) для симметричного транзистора близки к значению 1 I /вг I. причем ток эмиттера имеет отрицательное значение (рис. 15-19, сплошные линии).

Для того чтобы оценить постоянную времени х , представим кривые I и 4 на рис. 15-18 в виде равнобедренных треугольников, вершины которых расположены посередине базы. Иначе говоря, мысленно разрежем транзистор по вертикали в точке х = w/2 и будем считать, что в каждой половине рассасьгоание заряда происходит независимо, под действием уменьшающегося тока базы. Тогда время пролета носителей в каждой половине будет близко к соответствующему времени диффузии th, а значит, учитывая (2-88),

ТотсЬ= = 0,2Ко. (15-50)

Полное время динамической отсечки на уровне 0,1 составляет отс ~ 2,ЗТотс ~ 0,5Т(1.

Такая автономность свойственна также диоду на этапе восстановления обратного тока (см. § 2-9).