Инерционности при возбуждении от источника напряжения

Рассчитаем временные зависимости токов транзистора [1], принимая, как и ранее, что напряжение на входе является гармоническим

, (1.14)

В соответствии со схемой, приведенной на рис.1.15, для определения формы импульсов токов , необходимо найти зависимость . Составим уравнение для , полагая .

Введем постоянные времени входной цепи открытого и закрытого транзистора

, (1.15)

и параметр .

Угол отсечки называется низкочастотным, так как он определяет отсечку тока коллектора при . Заменив в (1.7) нелинейную зависимость кусочно-линейной (1.8), получим дифференциальное уравнение относительно для открытого и закрытого транзистора

; (1.16)

.

При напряжение на переходе в области отсечки равно входному и транзистор открывается при . В этот момент становится равным и продолжает возрастать. Поэтому вступает в силу первое уравнение (1.16). Его решение при начальном условии имеет вид

, (1.17)

где .

Решение содержит вынужденную (первое слагаемое в фигурных скобках) и свободную (второе слагаемое) составляющие. Амплитуда и фаза вынужденной составляющей определяются модулем и фазой коэффициента передачи напряжения в активной области:

(1.18)

Временные диаграммы напряжения на переходе , его составляющих и токов , , рассчитанные при по (1.9), (1.10), показаны на рис.1.16.

Из рис.1.16, а видно, что транзистор открывается в момент , когда . На низких частотах транзистор закрылся бы при . Однако на высоких частотах импульс напряжения в активной области и повторяющий его форму импульс тока (1.9) имеют затянутый фронт ( при ), что обусловлено процессом заряда диффузионной емкости. Максимумы этих импульсов запаздывают относительно максимума на угол , несколько меньший величины . В результате транзистор запирается позже, при , и импульс тока расширяется.

Базовый ток на рис.1.16,г построен как сумма двух составляющих, одна из которых пропорциональна напряжению , другая - производной от него.

Первая составляющая есть ток через сопротивление , вторая - зарядный ток диффузионной емкости, причем , когда , т. е. емкость разряжается. Это обусловливает отрицательный выброс в токе базы.

Отрицательный выброс наблюдается и в эмиттерном токе, поскольку (рис.1.16,д).

Характерным для рассматриваемых диаграмм является момент, соответствующий углу , когда напряжение на переходе и ток коллектора принимают максимальные значения. Угол определяется из условия . При первое слагаемое в (1.16) пропадает, что позволяет записать

, (1.19)

откуда согласно (1.9) и равенству получим

Рисунок 1.16 – Временные диаграммы напряжения на входе , эмиттерном переходе , токов коллектора , базы и эмиттера при возбуждении биполярного транзистора от генератора напряжения

Зависимости угла запирания , момента максимума от угла отсечки при разных значениях приведены на рис.1.17.

Штрихпунктирными линиями показаны границы перехода транзистора в линейный режим работы (класс А). Как видно, при уменьшении угла отсечки , уменьшаются от своих граничных значений до нуля при .

Рисунок 1.17 – Зависимости угла запирания (сплошные линии),

момента максимума (штриховые линии) от угла отсечки