9. Работа биполярного транзистора в импульсном режиме
Транзисторы широко применяются в различных импульсных устройствах. Работа транзисторов в импульсном режиме, иначе называемом ключевым или режимом переключения, имеет ряд особенностей.
Рассмотрим импульсный режим транзистора с помощью его выходных характеристик для схемы ОЭ. Пусть в цепь коллектора включен резистор нагрузки EMBED Equation.3 . Соответственно этому на рис. 9-1 построена линия нагрузки. До поступления на вход транзистора импульса входного тока или входного напряжения транзистор находится в запертом состоянии (в режиме отсечки), что соответствует точке EMBED Equation.3 . В цели коллектора проходит малый ток (в данном случае сквозной ток EMBED Equation.3 и, следовательно, эту цепь приближенно можно считать разомкнутой. Напряжение источника EMBED Equation.3 почти все полностью приложено к транзистору.

Рис. 9-1. Определение параметров импульсного режима транзисторов с помощью выходных характеристик.
Если на вход подан импульс тока EMBED Equation.3 , то транзистор переходит в режим насыщения и работает в точке EMBED Equation.3 . Получается импульс тока коллектора EMBED Equation.3 , очень близкий по значению к EMBED Equation.3 . Его иногда называют током насыщения. В этом режиме транзистор выполняет роль замкнутого ключа и почти все напряжение источника EMBED Equation.3 падает на EMBED Equation.3 , а на транзисторе имеется лишь очень небольшое остаточное напряжение в десятые доли вольта, называемое напряжением насыщения EMBED Equation.3 .
Хотя напряжение EMBED Equation.3 в точке EMBED Equation.3 не изменило свой знак, но на самом коллекторном переходе оно стало прямым, и поэтому точка EMBED Equation.3 действительно соответствует режиму насыщения. Покажем это на следующем примере. Пусть имеется транзистор n-p-n и EMBED Equation.3 , а напряжение на базе EMBED Equation.3 . Тогда на коллекторе по отношению к базе будет напряжение EMBED Equation.3 , т.е. на коллекторном переходе прямое напряжение 0,4 В.
Конечно, если импульс входного тока будет меньше EMBED Equation.3 , то импульс тока коллектора также уменьшится. Но зато увеличение импульса тока базы сверх EMBED Equation.3 практически уже не дает возрастания импульса выходного тока. Таким образом, максимальное возможное значение импульса тока коллектора
EMBED Equation.3 (9.1)
Помимо EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 импульсный режим характеризуется также коэффициентом усиления по току В, который в отличие от EMBED Equation.3 определяется не через приращения токов, а как отношение токов, соответствующих точке EMBED Equation.3 :
EMBED Equation.3 (9.2)
Иначе говоря, EMBED Equation.3 является параметром, характеризующим усиление малых сигналов, а В относится к усилению больших сигналов, в частности импульсов, и по значению несколько отличается от EMBED Equation.3 .
Параметром импульсного режима транзистора служит также его сопротивление насыщения
EMBED Equation.3 (9.3)
Значение EMBED Equation.3 у транзисторов для импульсной работы обычно составляет единицы, иногда десятки Ом.
Аналогично рассмотренной схеме ОЭ работает в импульсном режиме и схема ОБ.

Рис. 9-2. Искажение формы импульса тока транзистором.

Если длительность входного импульса EMBED Equation.3 во много раз больше времени переходных процессов накопления и рассасывания зарядов в базе транзистора, то импульс выходного тока имеет почти такую же длительность и форму, как и входной импульс. Но при коротких импульсах, т. е. если EMBED Equation.3 составляет единицы микросекунд и меньше, может наблюдаться значительное искажение формы импульса выходного тока и увеличение его длительности.
Для примера на рис. 9-2 показаны графики короткого импульса входного тока прямоугольной формы и импульса выходного тока при включении транзистора по схеме ОБ. Как видно, импульс коллекторного тока начинается с запаздыванием на время EMBED Equation.3 (время задержки), что объясняется конечным временем пробега носителей через базу. Этот ток нарастает постепенно в течение времени EMBED Equation.3 (длительности фронта), составляющего заметную часть EMBED Equation.3 . Такое постепенное увеличение тока связано с накоплением носителей в базе. Кроме того, носители, инжектированные в базу в начале импульса входного тока, имеют разные скорости и не все сразу достигают коллектора. Время EMBED Equation.3 + EMBED Equation.3 является временем включения EMBED Equation.3 . После окончания входного импульса за счет рассасывания заряда, накопившегося в базе, ток EMBED Equation.3 продолжается некоторое время EMBED Equation.3 (время рассасывания), а затем постепенно спадает в течение времени спада EMBED Equation.3 . Время EMBED Equation.3 + EMBED Equation.3 есть время выключения EMBED Equation.3 . В итоге импульс коллекторного тока значительно отличается по форме от прямоугольного и растянут во времени по сравнению с входным импульсом. Следовательно, замедляется процесс включения и выключения коллекторной цепи, затягивается время, в течение которого эта цепь находится в замкнутом состоянии. Иначе говоря, за счет инерционности процессов накопления и рассасывания заряда в базе транзистор не может осуществлять достаточно быстрое включение и выключение, т. е. не обеспечивает достаточное быстродействие ключевого режима.
На рис. 9-2 показан еще график тока базы, построенный на основании соотношения EMBED Equation.3 . Как видно, ток этот имеет сложную форму.
Специальные транзисторы для работы короткими импульсами должны иметь малые емкости и тонкую базу. Как правило, это маломощные дрейфовые транзисторы. Чтобы быстрее рассасывался заряд, накапливающийся в базе, в нее добавляют в небольшом количестве примеси, способствующие быстрой рекомбинации накопленных носителей (например, золото).