Schaltungstechnik

5.4 Schalteranwendungen des Bipolartransistors 339
Im Beispiel von Bild 5.4-1 ist bei U1,aus = 0 der Transistor gesperrt. Wird die Eingangsspannung
auf U1,ein = 5,7V geschaltet, so geht der Transistor in den Sättigungszustand
über. Dies geschieht jedoch nicht abrupt. Nach einer
Einschaltverzögerung td und über die Anstiegszeit tr erhöht sich der Kollektorstrom
bis auf ICÜ . Für die Anstiegszeit tr gilt näherungsweise:
tr ln
Je größer der Übersteuerungsfaktor ü ist, um so kürzer ist die Anstiegszeit tr. Beim Übergang vom Sättigungsbetrieb in den Sperrbetrieb macht sich die Speicherzeit
ts bemerkbar. Der Kollektorstrom muss von ICÜ auf ca. ICB0 abklingen.
Die Emitter-Basis Diode ist jedoch mit Überschussladungen (Minoritätsträger in
der Basis) „überschwemmt“, die erst ausgeräumt werden müssen. Obwohl die
Ansteuerspannung bereits zurückgenommen wurde, bleibt die Schwellspannung
von 0,7V an der Emitter-Basis Diode solange stehen, bis die Überschussladungen
ausgeräumt sind. Man definiert einen Ausräumfaktor a.
Im obigen Beispiel ist
u·· – 01 u ·· -----------------;
(5.4-4)
– 09 a = IBaus I CU
·· B;
(5.4-5)
a = 07V RB I CU
·· B;
Für die Speicherzeit und die Abfallzeit erhält man näherungsweise
a + u··
ts s ln---------------- ;
a + 0,9
a 0,9
tf ln +
---------------- ;
a + 0,1
(5.4-6)
(5.4-7)
Je größer der Ausräumfaktor a ist, um so kleiner ist die Speicherzeit ts; der Übersteuerungsfaktor
erhöht die Speicherzeit. Man findet den Parameter s als Kenngröße
eines Schalttransistors im Datenblatt.
Zusammenfassung: Das Schaltverhalten wird bestimmt durch den Übersteuerungsfaktor
ü und durch den Ausräumfaktor a. Die Speicherzeit ts hängt von beiden
Größen ab. Ein Problem stellt der Ausräumstrom dar, um die überschüssigen
Ladungungsträger beim Übergang vom Sättigungsbetrieb zum Sperrbetrieb abführen
zu können. Um die Speicherzeit zu verringern, gilt es den Ausräumstrom signifikant
zu erhöhen. Im Beispiel der Darlingtonstufe in Bild 5.3-42 hilft ein
Basisableitwiderstand den Ausräumstrom zu verbessern, wenn der stromführende
Transistor übersteuert wird. Mit einem Kondensator parallel zu RB in Bild 5.4-1
wird beim Abschaltvorgang von U1,ein nach U1,aus= 0 der Kondensator kurzzeitig
kurzgeschlossen und damit auch der Ausräumstrom erhöht.
Ein weiteres Beispiel für den Transistor in einer Anwendung als Schalter mit
Basisableitwiderstand RB zeigt Bild 5.4-5. Zur Erhöhung des Ausräumstroms ist
eine Hilfsspannungsquelle UBB eingeführt.