《晶体三极管特性》PPT课件.ppt

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 BB CE CE/CI mA123450 2 4 6 8 / CEV V0BI 1 40BI uA2 80BI uA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 vCE 0.7 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 ) 。/CI mA012345 2 4 6 8 /CEV V0BI 1 40BI uA2 80BI uA饱 和 区放 大 区 截 止 区 /CI mA012345 2 4 6 8 /CEV V0BI 1 40BI uA2 80BI uA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 ： EBBE VVV ,0发 射 结 正 偏 ： CBBC VVV ,0集 电 结 反 偏 ：放 大 特 点 ： 基 极 电 流 I B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。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 ： EBBE VVV ,0发 射 结 正 偏 ： CBBC VVV ,0偏 ：集 电 结 正基 极 电 位 高 于 发 射 级 、 集 电 极 电 位 。i b IBS /CI mA012345 2 4 6 8 /CEV V0BI 1 40BI uA2 80BI uA饱 和 区放 大 区 截 止 区 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 。三 极 管 饱 和 时 的 等 效 电 路 ：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 VCESb cVBES+ +- -e e cb /CI mA012345 2 4 6 8 /CEV V0BI 1 40BI uA2 80BI uA饱 和 区放 大 区 截 止 区 三 极 管 工 作 在 截 止 区 ，IB=0曲 线 以 下 。发 射 结 、 集 电 结 均 反 偏 。VBE 0 VBC0 CCCCB VVII 、 00三 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 ： 等 效 于 开 关 断 开 e cb/CI mA012345 2 4 6 8 /CEV V0BI 1 40BI uA2 80BI uA饱 和 区放 大 区 截 止 区 三 极 管 PN结 四 种 偏 置 方 式 组 合发 射 结 (be结 ) 集 电 结 (bc结 ) 工 作 状 态正 偏 反 偏 放 大 状 态正 偏 正 偏 饱 和 状 态反 偏 反 偏 截 止 状 态反 偏 正 偏 倒 置 状 态 /ci mA /CEV V20uA40uA60uA80uA100uA120uACCCVR 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 ： CCCcsbs RVII 饱 和 时 集 电 极 电 流 ： CCCCS RVI RC2KVCC=6VRBvi vo=50i b i c-1V +3V 首 先 求 出 基 极 电 流 ?bi然 后 求 出 临 界 饱 和 时 基 极 电 流 ： ?bsIbsb Ii 三 极 管 工 作 在 饱 和 状 态 ， 大 的 越多 ， 饱 和 的 越 深 。bsb Ii 三 极 管 工 作 在 放 大 状 态0 beV 三 极 管 工 作 在 截 止 状 态 IV2bV 1bV0 tCi0 tCMAXi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 CCCc RVi m axVi = Vb1时 ： T 截 止 0Ci RCVCCRBvi voi b i c 1bV0.9 CMAXi IV2bV0 t0 tCMAXi0.1CMAXi dt rt st ftCi RCVCCRBvi voi b i cVi = - 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 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 maxT由 截 止 导 通 需 要 的 时 间 ： tON =td+trT由 导 通 截 止 需 要 的 时 间 ： tOff=ts+tf ont offt 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 ： I CS基 区 中 电 子 积 累 所 需 时 间 ： t r0 1 三 极 管 由 截 止 进 入 饱 和 过 程 ：N NP电 子 浓 度1234临 饱放 大正 偏 IB IBS 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 4 5。 这 段 时 间 就 是 存 储 时 间 t s 当 i b继 续 增 加 ：电 子 浓 度N P N12345 0 1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 。正 偏放 大临 饱 深 饱 1bi 电 子 浓 度N P N12345 当 输 入 01 三 极 管 由 饱 和 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 。 5 4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 ： 0 1 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 。 深 饱临 饱放 大正 偏 2bi 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 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 。 iV bi tt00 RCVCCR1vi voRS C1 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 121 RRR VV BBbe - 1V三 极 管 截 止 条 件 ： V be0令 ： V be 1V 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 2121 RVREiii BBb 三 极 管 截 止 条 件 ： i b IBS 0 E RCVCCR1vi voR2-VBBC1R1 R2VBB be+R 1 R2VBB be+ E i bi 1 i 2 CCCCSbS RVII CCCBB RVRVRE 21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 CSb Ii CO 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, RC2KR1 R24.3K 16K VCC=12V-VBB=8V0.3V 5.5V C1 TVI VO R1 R2VBBVI be+ + 解 （ 1） ： ：时当 VVV ILi 3.0先 假 定 T截 止 ， 。0是 否看 BEV画 出 T截 止 等 效 电 路 ： BBILILEBBE VVRR RVVVV 21 1046.1 V满 足 截 止 条 件 T截 止目 的 是 判 断 T能 否 截 止 ： VVBE 0截 止 ： VVBE 0导 通 ： VVIL 3.0 RC2KR1 R24.3K 16K VCC=12V-VBB=8V0.3V 5.5V C1 TVI VO R1 R2VBBVI be+ + VBES：时当 VVV IHi 5.5 BBIHIHEBBE VVRR RVVVV 21 1064.2 VT导 通 ， 判 别 ： BSB II ；放 大 导 通 BSB II ；饱 和 导 通假 定 T饱 和 ， 画 出 饱 和 等 效 电 路21 RVVRVVI BESBBBESIHB mA46.0mARVVII CCESCCCSBS 26.0 。所 以 三 极 管 可 靠 饱 和因 为 ,BSB II VVIH 5.5 BI RC2KR1 R24.3K 16K VCC=12V-VBB=8V0.3V 5.5V C1 TVI VO 2、 在 输 入 为 高 电 平 时 ， 保 证 T可 靠 饱 和 ， 值 最 小 等 于 多 少 ？ 假 设 ： VI=5.5V时 ， T处 于 临 界 饱 和 状 态 ， IB=IBS,求 出 临界 饱 和 时 值 。 mAIRVVII BCCESCCCSBS 46.0 VVCC 12 VVCES 3.0 KRC 5.1求 出 17 CSBS II 因 为 ： 可 知 ：；饱 和 条 件由 三 极 管 BSB II 所 以 保 证 三 极 管 可 靠 饱 和 的 最 小 值 应 大 于 17。 值 越 大 ， 越 有 利 于 饱 和 。 3、 在 输 入 为 低 电 平 时 ， 保 证 可 T 靠 截 止 ， VBB值 最 小 等 于 多 少 ？假 设 ： VI=0.3V时 ， T处 于 临 界 截 止 状 态 ， VBE=0。 021 1 BBILILBE VVRR RVV令 ： KR 3.41 KR 162 VVIL 3.0VV BB 1.1求 出 。应 大 于时 ， 三 极 管 可 靠 截 止 ，即 保 证 在 VVVV BBILI 1.1