Podręcznik

Tranzystor we wtórniku emiterowym może się wyłączyć nie tylko w wyniku doprowadzenia do jego wejścia sygnału o zbyt dużej amplitudzie, ale też w wyniku doprowadzenia sygnału impulsowego o bardzo stromym zboczu.

Rys. 10: Wtórnik emiterowy obciążony pojemnością

Na rys. 10 został pokazany przykład wtórnika emiterowego, którego obciążeniem, oprócz rezystancji R_O, jest też pojemność C_O. Do wejścia wtórnika jest doprowadzony sygnał prostokątny o bardzo stromych zboczach (załóżmy, że ich czas narastania t_n ≈ 0) i czasie trwania t_w. Tym razem - dla uwypuklenia zjawiska - założono, że rezystancja wewnętrzna źródła sygnału R_G jest bardzo mała (na rysunku po prostu zerowa) - bo z rezystancji R_G i z pojemności wejściowej wtórnika tworzyłby się układ całkujący, spowalniający zmiany napięcia na bazie tranzystora. Założono też dla uproszczenia, że pojemność sprzęgająca wtórnik z obciążeniem jest tak duża, że w czasie trwania opisywanych dalej zjawisk nie ulegnie znaczącemu przeładowaniu. Można ją wtedy traktować jako źródło napięciowe o wartości U_EQ.

Przeanalizujemy zachowanie się wtórnika z obciążeniem pojemnością w dwóch sytuacjach:

a) gdy na wejściu pojawia się zbocze narastające,

b) gdy na wejściu pojawia się zbocze opadające.

a) zbocze narastające

Potencjał na bazie tranzystora zaczyna szybko rosnąć. Tak samo szybko powinien rosnąć potencjał na emiterze, jednak jest to niemożliwe. Pojemności C_O nie da się przeładować nieskończenie szybko, więc zmiana potencjału emitera "spóźnia się" w stosunku do zmiany potencjału bazy. To sprawia, że chwilowo wzrasta napięcie u_BE, co powoduje (czytelnik jest proszony o przypomnienie sobie kształtu charakterystyki prądowo - napięciowej złącza półprzewodnikowego!) gwałtowny wzrost prądu emitera tranzystora. Ten "dodatkowy" prąd wpływa do pojemności C_O i przyspiesza jej przeładowywanie. A więc można powiedzieć, że działa tu mechanizm: "im bardziej kondensator hamuje wzrost napięcia, tym intensywniej jest ono zmieniane". Popularnie mówi się, że wtórnik emiterowy z tranzystorem NPN "dobrze ciągnie napięcie wyjściowe w górę". Zbocze narastające sygnału prostokątnego jest spowalniane w minimalnym stopniu.

b) zbocze opadające

Rys. 11: Wtórnik emiterowy i opadające zbocze sygnału prostokątnego

Niestety przy pojawieniu się na wejściu wtórnika emiterowego zbocza opadającego sytuacja jest zupełnie odmienna od tej, którą opisano poprzednio. Tym razem pojemność C_O sprawia, że napięcie na wyjściu wtórnika nie może się szybko obniżyć. Potencjał emitera, podobnie jak w przypadku a), jest chwilowo utrzymywany przez potencjał okładki kondensatora na stałym poziomie, za to potencjał bazy spada w takt zmian napięcia wejściowego. W rezultacie pojawia się gwałtowny spadek napięcia U_BE tranzystora, bo potencjał emitera jest "przytrzymany" przez kondensator i w pierwszej chwili po pojawieniu się opadającego zbocza sygnału wejściowego zostaje na początkowym poziomie. To sprawia, że tranzystor może się na chwilę wyłączyć. Po wyłączeniu się tranzystora schemat zastępczy wtórnika wygląda tak, jak na rys. 11.

Rys. 12: Obwód rozładowania pojemności C_O

Kondensator rozładowuje się więc tylko przez rezystancję R_L = R_O || R_E (rys. 12). Charakter tych zmian jest inny niż w przypadku a), teraz napięcie na emiterze tranzystora będzie asymptotycznie dążyło do pewnej wartości końcowej,  a charakter zmian będzie wykładniczy. Tranzystor nie bierze udziału w rozładowywaniu pojemności C_O i włączy się ponownie dopiero wtedy, kiedy napięcie na kondensatorze C_O stanie się znów niższe od napięcia na bazie tranzystora o około 0,7 V. Zanim to nastąpi, napięcie na wyjściu wtórnika opada wykładniczo ze stałą czasową τ = (R_O || R_E) ∙ C_O. Jako że rezystancja R_O || R_E jest zwykle dużo większa (nierzadko o rzędy wielkości) od rezystancji wyjściowej działającego wtórnika, zbocze opadające na wyjściu wtórnika emiterowego może być wielokrotnie dłuższe od zbocza narastającego.

Odpowiedź wtórnika z rys. 10 na pobudzenie krótkim impulsem o bardzo szybkich zboczach i o amplitudzie E_G pokazano na rys. 13.

Rys. 13: Przebieg napięcia na wyjściu wtórnika obciążonego pojemnością