Инерционность транзистора

Функциональные модели отражают физические процессы, протекающие в технологических системах (например, в функционирующем оборудовании, инструменте, приспособлении, собираемом изделии и др.). При технологическом проектировании наибольшее распространение получили дискретные модели, переменные которых дискретны, а множества решений счетны. В большинстве случаев проектирования ТП производства РЭА используют статистические модели, уравнения которых не учитывают инерционность процессов в объекте.

Инерционность процессов передачи сигнала характеризуют измеряемыми на уровне 0,5- (Ul — U°) временами задержки распространения сигнала при включении ?зд.р и при выключении t • или измеряемыми на уровне 0,1- (U1 — U°) временами задержки включения f^ и выключения t°jj ( 95).

Инерционность процессов в электрических цепях характеризуется накоплением и отбором электромагнитной энергии в индуктивных катушках и конденсаторах — реактивных элементах цепи. Соответственно динамические процессы, а следовательно, и система дифференциальных уравнений, описывающая эти процессы, определяются наличием и числом этих элементов. Так как динамика процесса связана с энергетическим состоянием электрической цепи, наиболее полно описать это состояние можно, зная энергетические процессы в каждом реактивном элементе.

участки с максимальной концентрацией в середине базы, поэтому диффузия носителей происходит и в сторону эмиттерного перехода. Это вызывает усиление рекомбинации носителей заряда в базе, вследствие чего уменьшается эмиттерная составляющая тока, переданного в коллектор (/Кр), а следовательно, уменьшится коэффициент передачи тока эмиттера а. Инерционность процессов в базе приводит также к фазовому сдвигу между токами 1Эр и /К;„ поэтому Я21Б становится величиной комплексной.

о ] 1 [— - о чит, инерционность процессов перезаряд

Емкости CaD и Сд бар определяют инерционность процессов в эмиттерном переходе, но роль их в .этих процессах различна. Напомним, что емкость Сэ0 определяется величиной заряда Д(>, накопленного в базе в результате инжекции неосновных носителей заряда (10-68). Следовательно, диффузионная емкость как бы заряжается неосновными носителями зарядов, а время ее заряда соответствует времени установления стационарного закона распределения неосновных носителей в базе.

тенциального барьера эмиттер — база уменьшилась. Поток дырок, следовательно, увеличился. Если в течение половины периода дырки успеют пройти только часть расстояния от" эмиттера до коллектора, то кривая изменения концентрации дырок в базе достигнет максимума где-то в середине базы, так как в этот момент барьер эмиттер — база увеличится и число инжектируемых дырок значительно уменьшится. Вследствие этого в базе наряду с диффузионным движением дырок в прямом направлении возникнет диффузионное движение дырок в обратном направлении. Коллекторный ток уменьшится, а следовательно, упадет и коэффициент а. Инерционность процессов в базе приводит также к фазовому сдвигу между токами /эр и 1Кр, и, следовательно, коэффициент а становится комплексной величиной.

Эта инерционность процессов в транзисторе, вызванная конечной скоростью движения неосновных носителей заряда в базе, иногда рассматривается как следствие влияния некоторой эквивалентной емкости транзистора, называемой диффузионной.

К недостаткам фоторезиеторов относятся: сравнительно большой темновой ток, изменение свойств с изменением температуры и времени (старение и утомление). Кроме того, фоторезисторам свойственна заметная инерционность процессов, характеризуемая

где TJV, т/ — постоянные времени, характеризующие инерционность процессов передачи носителей заряда от одного р-п перехода к другому.

Импульсные диоды предназначены для работы в быстродействую-,щих импульсных схемах с временем переключения 1 мкс и менее. При столь коротких рабочих импульсах приходится учитывать инерционность процессов включения и выключения диодов и принимать конструктивно-технологические меры, направленные на .снижение барьерной емкости и сокращение времени жизни нерав-довесных носителей заряда в области р-п перехода.

Инерционность транзистора накладывает ограничения на длительность фронта и спада выходного импульса. Используя уравнение метода заряда, можно получить соответствующие оценки: 1"

— постоянная времени, характеризующая инерционность транзистора и заряд емкостей;

продолжает увеличиваться, однако транзистор при этом переходит в режим насыщения. Разность Q — Qrp = Qaa0 называют избыточным зарядом базы. Чем больше избыточный заряд, тем сильнее насыщен транзистор. Как будет показано далее, рассасывание избыточного заряда в базе является одним из явлений, обусловливающих инерционность транзистора при его выключении.

/б(/) = EJR6, мало. Базовый ток /б = EI/RQ отпирает транзистор; при этом транзистор переходит из режима отсечки ' в активный режим. Как было показано, инерционность транзистора в активном режиме оценивается его постоянной времени @э. Коллекторный ток транзистора начинает возрастать, стремясь к уровню fi/б с постоянной времени ®э. В ключевом режиме при /б>/бн уровень В1б не может быть достигнут, так как раньше коллекторный ток достигнет своего предельного значения /кн= E/RK, ограниченного значением сопротивления RK коллекторной цепи каскада. Поэтому предельный уровень В16 часто

3. В области верхних частот о>в следует учитывать шунтирующее действие емкости нагрузки С„ и инерционность транзистора. Схема замещения выходной цепи усилителя па верхних частотах приведена на 5.7, л

Быстродействие в ключевом режиме определяется длительностью перехода из одного статического состояния в другое, при этом возможно ускорение этого перехода с помощью цепи управления без искажения передаваемой информации, которая содержится только в амплитуде выходного сигнала. В усилительном режиме передаваемая информация заключена в форме сигнала, и в понятие быстродействия здесь входит сохранение частотно-фазовых параметров сигнала, обеспечение минимальных частотных искажений и т. п.; в итоге инерционность транзистора в усилительном режиме как бы увеличивается, а ее оценка требует более точного учета паразитных реактивных элементов.

Из сказанного ясно, что относительная роль обоих факторов — перезаряда емкости затвора и перезаряда емкостей между электродами — заключается в их влиянии на инерционность транзистора и во многом зависит от схемы. Поэтому точная оценка быстродействия возможна только в реальной схеме устройства с использованием динамической малосигнальной модели МДП-транзистора.

В области отсечки предполагаем, что инерционность транзистора определяется перезарядом барьерных емкостей. Тогда схема замещения транзистора для области отсечки легко получается из схем на 6.13 путем добавления этих емкостей.

Отметим, что емкость ускоряющего конденсатора Со практически определяется постоянной времени перезаряда паразитных емкостей RKCn 9фф. Это объясняется тем, что в данном случае схема работает при сравнительно большой емкостной нагрузке, поэтому инерционность транзистора, обусловленная процессами в базе, практически не сказывается (ty/vP/v « »трл,
при этом переходит в режим насыщения. Разность Q—QTf=Q*36 называют избыточным зарядом базы. Чем больше избыточный заряд, тем сильнее насыщен транзистор, тем выше степень его насыщения. Как будет показано'далее, рассасывание избыточного заряда в базе является одним из явлений, обусловливающих инерционность транзистора при его выключении.

при отпирающем токе базы i6(t) = E1/R6, мало, по величине. Базовый ток I6 = E1/R6 отпирает транзистор; при этом транзистор переходит из режима отсечки в активный режим. Как было показано, инерционность транзистора в активном режиме оценивается его постоянной времени 6Э. Коллекторный ток транзистора начинает возрастать, стремясь к уровню В16 с постоянной времени 0Э. В ключевом режиме при /б > /6н уровень В16 не может быть достигнут, так как раньше коллекторный ток достигнет своего предельного значения IKV = E/RK, ограниченного значением сопротивления RK коллекторной цепи каскада. Поэтому предельный уровень В/6 часто называют уровнем «кажущегося» тока ключевого каскада. Коллекторный ток стремится к уровню «кажущегося» тока /каж t = B/g =