12.8 : Переключение BJT

Поведение биполярных транзисторов с переходом (BJT) при переключении является фундаментальным аспектом, используемым в различных электронных схемах, особенно в цифровых логических приложениях, таких как переключатели и усилители. В типичной схеме переключения биполярный транзистор попеременно переключается между режимами отсечки и насыщения, что соответствует состояниям «выключено» и «включено» соответственно, таким образом ведя себя как идеальный переключатель.

Режим отсечки (состояние «Выключено»): в этом состоянии переходы эмиттер-база и коллектор-база смещены в обратном направлении. Транзистор предотвращает протекание тока через его клеммы, фактически отключая устройство. Этот режим используется, когда передача сигнала не требуется, поддерживая состояние низкого энергопотребления в цепи.

Режим насыщения (состояние «включено»): в отличие от режима отсечки, в состоянии насыщения оба перехода смещены в прямом направлении. Эта установка обеспечивает максимальный ток от коллектора к эмиттеру. BJT в этом режиме ведет себя как замкнутый переключатель, обеспечивая полную передачу сигнала по схеме.

Динамика переключения: переход между состояниями «выключено» и «включено» запускается внезапным изменением напряжения эмиттер-база, обычно инициируемым положительным импульсом входного тока. Поведение коллекторного тока во время этих переходов имеет решающее значение для эффективного переключения. Это зависит от изменения общего избыточного заряда неосновных носителей, хранящегося в области базы транзистора.

Если во время фазы включения базовый заряд превышает определенный порог (обозначенный как Q_S), BJT переходит в режим насыщения. И наоборот, во время фазы выключения ток коллектора остается почти постоянным до тех пор, пока накопленный заряд не уменьшится обратно до Q_S, заставляя транзистор вернуться в активный режим, прежде чем в конечном итоге упасть до нуля по мере приближения к режиму отсечки.

Понимание этих переходов и связанной с ними динамики заряда имеет важное значение для разработки эффективных биполярных транзисторов, которые могут быстро переключаться между состояниями с минимальной потерей производительности и мощности.