晶体三极管开关特性.ppt

1、二极管开关的通断是受两端电压极性控制。,三极管开关的通断是受基极 b 控制。,1、三极管的三种工作区域,三、晶体三极管开关特性,饱和区,放大区,截止区,饱和区iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的 数值较小，一般vCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,截止区iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。 此时，发射结反偏，集电结反偏。,放大区iC平行于vCE轴的区域， 曲线基本平行等距。 此时，发射结正偏，集 电结反偏，电压大于 0.7 V左右(硅管) 。,1、三极管的三种工作区域,饱和区,放大区,截止区,三极管工作在放大区。,三极管放大条件：,放大特点：,

2、基极电流IB对集电极电流IC有很强的控制作用,IC=IB。从特性曲线上可以看出，在相同的VCE条件下，IB有很小的变化量IB，IC就有很大的变化量IC。,2、三极管的三种工作状态,、放大状态,三极管有放大能力，i c i b,三极管工作在饱和区。,饱和区VCE比较小，也就是IC受VCE显著控制区。即将输出曲线直线上升和弯曲部分划为饱和区。,三极管饱和条件：,基极电位高于发射级、集电极电位。,2、三极管的三种工作状态,、饱和状态,i b IBS,三极管饱和特点：,当VCE减少到一定程度后，集电结收集载流子的能力减弱，造成发射结“发射有余，集电结收集不足”，集电极电流IC不再服从IC=IB的规律。

3、,三极管饱和时的等效电路：,2、三极管的三种工作状态,硅管 0.7V,锗管 0.3V,硅管 0.3V,锗管 0.1V,不考虑管压降时的等效电路,等效于开关闭合,三极管工作在截止区，IB=0曲线以下。,发射结、集电结均反偏。,VBE0,VBC0,三极管相当于开路,三极管截止等效电路：,所以可以利用三极管饱和、截止状态作开关。,三极管截止条件：,2、三极管的三种工作状态,、截止状态,等效于开关断开,三极管PN结四种偏置方式组合,根据VCC和RC值，在输出特性曲线上画一条负载线。,当Vi 60A时,i C 几乎不变。三极管进入饱和区。,临界饱和时基极电流：,饱和时集电极电流：,例：共发射极电路,首先

4、求出基极电流,然后求出临界饱和时基极电流：,三极管工作在饱和状态，大的越多，饱和的越深。,三极管工作在放大状态,三极管工作在截止状态,如何判断三极管工作状态,理想情况下：（饱和、截止动作瞬时完成）,三极管开关和二极管开关一样，都存在开关惰性。三极管在作开关运用时，三极管饱和及截止两种状态不是瞬时完成。因为三极管内部存在着电荷建立和消散过程。,Vi = Vb2时：T 饱和,Vi = Vb1时：T 截止,2、三极管开关惰性,Vi = - Vb1 时：T 截止 i b 0 i c 0,实际情况下：,输入由Vb2上跳到Vb1,T由止放大饱和。,输入由Vb2下跳到-Vb1,由饱和放大止。,需要经历四个时

5、间：,延迟时间: i c 由0上升到0.1 i c max,上升时间: i c 由0.1 i c max上升到0.9 i c max,存储时间: i c 由 I c max下降到0.9 i c max,下降时间:i c 由0.9 i c max下降到0.1 i c max,T由截止导通需要的时间：tON =td+tr,T由导通截止需要的时间：tOff=ts+tf,三极管开关惰性,用基区电荷分布图说明,当输入,发射结由：反偏正偏所需时间 td,正向偏压,基极驱动电流,发射区扩散到基区电子数,集电极收集的电子数,由小到大变化,当基区的电子浓度增加到 4 时：,发射结正偏后：,集电极电流达到临界饱和

6、：ICS,基区中电子积累所需时间：t r,三极管由截止进入饱和过程：,电子浓度,开关惰性形成的原因：,临饱,放大,正偏,IBIBS 时，发射结发射有余，集电极收集不足。过剩电子在基区积累，如 45。这段时间就是存储时间 t s,当i b继续增加：,电子浓度,分析输入信号由：,希望基极驱动电流i b 1很大，加速三极管由截止向饱和转变，缩短上升时间t r ，减少延迟时间，提高工作速度。,虽然i b1增加带来td、 t r 减小。同时也会使 t s 增加。要求驱动电流不是常数，而是前大后小，前大加速建立，后小不过分饱和。,开关惰性形成的原因：,正偏,放大,临饱,深饱,电子浓度,当输入,三极管由饱和

7、进入截止过程：,由于基区电子不能立即消失，T 仍然饱和，其转变过程是：随正偏压的减小，基区存储的电子逐渐减小。54区间中电子积累从深饱和浅饱和临界饱和放大截止。,分析输入信号由：,希望基极驱散电流i b 2很大,加速三极管由饱和向截止状态转变。,同样i b2增加带来t f 减小。同时也会使 t d 增加。即：三极管截止时，反偏电压越大，转向正偏时间越长。因此，要求驱动电流也不是常数，而是前大后小，前大快速驱散，后小不过分截止。,开关惰性形成的原因：,深饱,临饱,放大,正偏,结论：,把三极管由截止饱和的基极电流i b1叫做正向驱动电流。,把三极管由饱和截止的基极电流i b2叫做反向驱散电流。,这

8、样一个前大后小的基极驱动电流很难选取。但可以利用电容C上的电压不能突变的特性，近似实现。这个电容叫做加速电容。,开关惰性形成的原因：,R1、R2、外加负偏压VBB及Vi 共同决定三极管工作状态，保证三极管在开关方波的作用下可靠工作于饱和、截止两种状态。,那么如何保证三极管可靠工作？就依靠合理选择基极偏置电阻来保证。（设计问题）,当Vi = 0 时：,希望T截止先假设T止再看是否止,画截止等效电路, - 1V,三极管截止条件：V be0,令：V be1V T 可靠截止,当V i = E 时：,希望T饱和，先假设T饱和再判是否饱和,画饱和等效电路,三极管截止条件：i b IBS,四、晶体三极管反相

9、器,1、反相器工作原理及设计方法：,即：,三极管一定饱和。,元件选择：,T: 先选择开关管，再根据手册给出ICM确定RC。,VCC、VBB 根据工作条件确定。,C1根据开关管截至频率确定。,反相器的优点：,输出振幅比较大，饱和时 VO 0 。 截止时，VO VCC 。,三极管饱和时，V c e s = 0.3V 所以功耗小。,对的一致性要求底，只要满足,晶体三极管反相器,反相器的基本功能是将输入信号反相输出，输出信号应保持与输入信号形状一致，但由于三极管本身存在：开关时间、分布电容及寄生电容的影响，使输出波形产生一定畸变，只能采取措施，使这种畸变尽可能减小至容许范围之内。,常用方法：,采用加速电容，增加钳位二极管。,VCL:钳位电压， VCL0,练习题：,解（1）：,先假定T截止，,画出T截止等效电路：,满足截止条件T截止,目的是判断T能否截止：,练习题：,T导通，判别：,假定T饱和，画出饱和等效电路,练习题：,2、在输入为高电平时，保证T可靠饱 和，值最小等于多少？,假