12.8 : Przełączanie tranzystora BJT

Zachowanie przełączania w tranzystorach bipolarnych (BJT) jest podstawowym aspektem wykorzystywanym w różnych obwodach elektronicznych, szczególnie w zastosowaniach logiki cyfrowej, takich jak przełączniki i wzmacniacze. W typowym obwodzie przełączającym BJT przełącza się pomiędzy trybami odcięcia i nasycenia, odpowiadającymi odpowiednio stanom „wyłączony” i „włączony”, zachowując się w ten sposób jak idealny przełącznik.

Tryb odcięcia (stan „Wyłączony”): W tym stanie zarówno złącza emiter-baza, jak i kolektor-baza są spolaryzowane zaporowo. Tranzystor zapobiega przepływowi prądu przez jego zaciski, skutecznie powodując „wyłączenie” urządzenia. Ten tryb jest używany, gdy nie jest wymagana transmisja sygnału, utrzymując niski stan mocy w obwodzie.

Tryb nasycenia (stan „Włączony”): W przeciwieństwie do trybu odcięcia, w stanie nasycenia oba złącza są spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Taka konfiguracja umożliwia maksymalny przepływ prądu z kolektora do emitera. BJT w tym trybie zachowuje się jak zamknięty przełącznik, umożliwiając pełną transmisję sygnału przez obwód.

Dynamika przełączania: Przejście między stanami „wyłączony” i „włączony” jest wyzwalane przez nagłą zmianę napięcia podstawy emitera, zwykle inicjowaną przez dodatni impuls prądu wejściowego. Zachowanie prądu kolektora podczas tych przejść ma kluczowe znaczenie dla skutecznego przełączania. Zależy to od zmiany całkowitego nadmiaru ładunku nośnika mniejszościowego zmagazynowanego w obszarze bazowym tranzystora.

Jeśli w fazie włączania poziom naładowania podstawowego przekracza określony próg (oznaczony jako Q_S), BJT przechodzi w tryb nasycenia. I odwrotnie, w fazie wyłączania prąd kolektora pozostaje prawie stały, dopóki zgromadzony ładunek nie zmniejszy się z powrotem do Q_S, co powoduje, że tranzystor powraca do trybu aktywnego, a następnie ostatecznie spada do zera, gdy zbliża się do trybu odcięcia.

Zrozumienie tych przejść i związanej z nimi dynamiki ładunków jest niezbędne do zaprojektowania wydajnych BJT, które mogą szybko przełączać się między stanami przy minimalnej utracie wydajności i mocy.