(мал.1.в.),наближаючись до свого стаціонарного значення Qст.
Qст=Іб1 * rн , де
rн-час життя неосновних носіїв заряда в базі в режимі насичення, а
r – в активній області
Т.о. включення ключа,тобто перехід його транзистора зі стану відсічки в стан насичення відбувається не миттєво,а з деякою затримкою в часі tвкл=tф (6.1.в.),яка рівна часу накопичення в базі граничного заряду.
Виключення ключа. Процес виключення ключа починається в момент t3 закінчення від'ємного імпульса,підведеного до його входу (мал.6.1.а.).Під дією напруги Е2 в колі бази виникає струм зворотнього напрямку:
Під дією цього струма і в наслідок рекомбінації носіїв починається розсасування заряда в базі і транзистор послідовно переходить з області насичення в активну область,а з неї в область відсічки.
Ключ залишається у включеному стані після закінчення імпульса на його вході ще деякий час,необхідний для розсмоктування надлишкового заряда в його базі до рівня Qгр. При цьому напруга на його колекторі залишається рівна нулю,а струм колектора рівним струму насичення Ікн. В момент t4 заряд в базі граничного значення,транзистор переходить в активну область,в якій струми іб і ік починають зменшуватись,а разом з цим починає збільшуватись від'ємна напруга на колекторі. Процес розсмоктування заряда закінчується переходом транзистора в область відсічки.
Таким чином маємо,що перехід ключа і стан "виключено" в стані "включено"відбувається не миттєво,а за час t=tф ,необхідний для накопичення в базі заряда,рівного граничному,а зворотній перехід в стані "виключено" - за час t=tp+tc (сумарний час спада і розсмоктування),необхідний для розсмоктування заряда в базі. В практичних схемах,які використовують ключі,необхідно приймати спеціальні схемотехнічні міри для зменшення часу перехідних процесів,тобто для підвищення швидкодії ключів.
Для скорочення перехідних процесів в ключі необхідно підвищити швидкість накопичення і розсмоктування заряда в базі і одночасно знизити рівень граничного заряду,не допускаючи при цьому накопичення в базі надлишкового заряду. Вирішення цієї задачі досягається збільшенням прямого(при включенні)і зворотнього (при виключенні) струмів бази зменшенням струма колектора в режимі насичення ,а також введення в схему ключа зворотнього звязку, запобігає перехід транзистора при включенні в стані насичення.
Аналіз показує,що змінення того чи іншого параметра ключа на БТ не може привести до одночасного скорочення тривалості tф,tp,і tc ,так як умови їх зменшення є заперечливими. Так,наприклад,збільшення прямого струма бази Іб1 для зменшення tф,приведе до збільшення надлишкового заряда в базі,і відповідно до збільшення часу tp розсмоктування.
Для скорочення перехідних процесів в транзисторному ключі на БТ необхідно,щоб струм бази мав форму,яка зображена на мал.2.
Дійсно короткі викиди прямого та оберненого струму бази сприяють більш швидкому накопиченню заряду в базі (при включенні ключа) та його розсасуванню при виключенні, що призводить до зменшення часу tф і tc фронту і спаду. А величина струму бази Ібст повинна бути такою, щоб у стаціонарному стані транзистор знаходився на грані насичення, а збитковий заряд в базі або був відсутній, або мав незначну величину, достатню
Мал.2
для попередження оберненого переходу транзистора при включенні з області насичення в активну область при зміні зовнішніх умов.
Задача забезпечення форми струму бази, близької до показанної на малюнку 6.2., вирішується введенням в схему ключа прискорюючого конденсатора С, який включається паралельно опору Rб (мал. 6.3.)
Робота прискорюючого конденсатора С заключається в слідуючому. Для перепаду напруги U1 розряжений конденсатор представляє коротке замикання, яке виключає з схеми опір Rб. В момент часу t1 (3.б) починається заряд ємності С під дією ЕРС вхідного сигналу Ес струмом Іб1 при цьому Іrб=0
По мірі заряджання ємності С струм заряджання зменшується, а струм в опорі Rб зростає і в момент закінчення заряджання прискорюючого конденсатора t2=(3-4,6)С(Rc+τбе) досягає свого стаціонарного значення
.Величина Ібст вибирається такою, щоб у базі при включенні ключа не накопичувався надлишковий заряд.При виключенні ключа створюється зворотній струм бази, який протікає під дією ЕРС джерела зміщення Е2 і напруги зарядженого прискорюючого конденсатора. По мірі розряджання конденсатора струм бази спадає до нуля. Форма струму бази показана на малюнку3.б. і близька до тієї, що показана на малюнку 6.2.
Величина ємності прискорюючого конденсатора повинна вибиратися строго визначеною. Основним критерієм її вибору є величина заряду, який накопичується в її електричному полі, яка повинна бути рівна граничному заряду в базі транзистора.
Критичне значення ємності прискорюючого конденсатора визначається виразом
Скр=τα / Rк,
тут τα – постійна часу транзистора в схемі ОБ, чисельно дорівнює середньому часу прольоту неосновних носіїв в базі транзистора.
На практиці величину ємності прискорюючого конденсатора вибирають рівною
С=(2...4) Скр.
При більшій величині її ємності при включенні ключа та малою тривалістю вхідного імпульсу, заряджання прискорюючого конденсатора не встигає закінчитися до моменту переходу транзистора в область насичення і в базу струм заряду вводиться заряд більший за граничний, тому час розсмоктування
.
Тривалість перехідних в транзисторному ключі на БТ може бути суттєво зменшена за рахунок введення в його схему кола нелінійного від’ємного зворотнього зв’язку. Варіант схеми такого ключа, який відноситься до класу ненасичених ключів, зображений на мал.4.
Дійсно короткі викиди прямого та оберненого струму бази сприяють більш швидкому накопиченню заряду в базі (при включенні ключа) та його розсасуванню при виключенні, що призводить до зменшення часу tф і tc фронту і спаду. А величина струму бази Ібст повинна бути такою, щоб у стаціонарному стані транзистор знаходився на грані насичення, а збитковий заряд в базі або був відсутній, або мав незначну величину, достатню так як Rб››R0 .Величина струму бази вибором U1 та Rб встановлюється набагато більша величини струму бази насичення і в базі починає швидко накопичуватися заряд, який прямує до величини Qгр. Потенціал колектора швидко зростає і в момент часу t1 (мал. 6.5.б.) діод VD відкривається і струм , який протікає через опір Rк (IRк), зменшується на величину струму діода. В момент часу t2 діод повністю відкривається і величина струму IRк=Iк- Ід закінчує змінюватися, що призводить до фіксації потенціалу колектора на рівні : Uк=Ек-(Ік-Ід)Rк. Одночасно струм відкритого діода зменшує струм бази, так як віднімається з нього, тобто в схемі ключа починає діяти від’ємний зворотній зв'язок по напрузі, який зменшує коефіцієнт передачі струму, і значення струму бази знижується до рівня І=Ібст . Значення цього струму обирається таким, щоб заряд, який накопичується у базі, був дещо нижче граничного рівня. Вибором опору R0падіння напруги на ньому, яке створюється струмом Іб=Ібст, встановлюється дещо більше падіння
(опором відкритого перехода Б-Е можна знехтувати т.к. rбе<< Rб). Під дією цього струма транзистор ключа переходить з режима відсічки в активну область,починається заряд бар'єрної ємності колекторного перехода і накопичення в базі заряда неосновних носіїв. Процес накопичення заряда в базі супроводжується пропорційним йому збільшенням струма колектора і зменшенням від'ємної напруги на колекторі (мал1.г.д.)