晶体三极管开关特性

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,B,B,C,E,C,E,饱和区,放大区,截止区,饱和区,i,C,受,v,CE,显著控制的区域，该区域内,v,CE,的,数值较小，一般,v,CE,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,i,C,接近零的区域，相当,i,B,=0,的曲线的下方。,此时，,发射结反偏，集电结反偏,。,放大区,i,C,平行于,v,CE,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,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：,基极电流,I,B,对集电极电流,I,C,有很强的控制作用,I,C,=,I,B,。从特性曲线上可以看出，在相同的,V,CE,条件下，,I,B,有很小的变化量,I,B,，,I,C,就有很大的变化量,I,C,。,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,V,CE,比较小，也就是,I,C,受,V,CE,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,I,BS,饱和区,放大区,截止区,三极管饱和特点：,当,V,CE,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,I,C,不再服从,I,C,=,I,B,的规律。,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,V,CES,b,c,V,BES,+,+,-,-,e,e,c,b,饱和区,放大区,截止区,三极管工作在截止区，,I,B,=0,曲线以下。,发射结、集电结均反偏。,V,BE,0,V,BC,0,三极管相当于开路,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,e,c,b,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,根据,V,CC,和,R,C,值，在输出特性曲线上画一条负载线。,当,V,i,60,A,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,R,C,2K,V,CC,=6V,R,B,v,i,v,o,=50,i,b,i,c,-1V,+3V,首先求出基极电流,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。,V,i,=,V,b2,时：,T,饱和,V,i,=,V,b1,时：,T,截止,2,、三极管开关惰性,R,C,V,CC,R,B,v,i,v,o,i,b,i,c,R,C,V,CC,R,B,v,i,v,o,i,b,i,c,V,i,=-,V,b1,时：,T,截止,i,b,0,i,c,0,实际情况下,：,输入由,V,b2,上跳到,V,b1,T,由止,放大饱和。,输入由,V,b2,下跳到,-V,b1,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 max,T,由截止导通需要的时间：,t,ON,=t,d,+t,r,T,由导通截止需要的时间：,t,Off,=t,s,+t,f,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,t,d,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 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,I,B,I,BS,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,t,d,、,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：,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：,R,C,V,CC,R,1,v,i,v,o,R,S,C,1,R,1,、,R,2,、外加负偏压,V,BB,及,V,i,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,V,i,=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,be,0,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,三极管截止条件：,i,b,I,BS,四、晶体三极管反相器,1,、反相器工作原理及设计方法：,0,E,R,C,V,CC,R,1,v,i,v,o,R,2,-V,BB,C,1,R,1,R,2,V,BB,b,e,+,R,1,R,2,V,BB,b,e,+,+,E,i,b,i,1,i,2,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,I,CM,确定,R,C,。,V,CC,、,V,BB,根据工作条件确定。,C,1,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,V,O,0,。,截止时，,V,O,V,CC,。,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,C,O,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。,V,CL,:,钳位电压，,V,CL,0,练习题：,R,C,2K,R,1,R,2,4.3K,16K,V,CC,=12V,-V,BB,=8V,0.3V,5.5V,C,1,T,V,I,V,O,R,1,R,2,V,BB,V,I,b,e,+,+,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：,R,C,2K,R,1,R,2,4.3K,16K,V,CC,=12V,-V,BB,=8V,0.3V,5.5V,C,1,T,V,I,V,O,R,1,R,2,V,BB,V,I,b,e,+,+,V,BES,T,导通，判别：,假定,T,饱和，画出饱和等效电路,练习题：,R,C,2K,R,1,R,2,4.3K,16K,V,CC,=12V,-V,BB,=8V,0.3V,5.5V,C,1,T,V,I,V,O,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：,V,I,=5.5V,时，,T,处于临界饱和状态，,I,B,=I,BS,求出临界饱和时,值。,求出,17,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。,练习题：,3,、在输入为低电平时，保证可,T,靠截止，,V,BB,值最小等于多少？,假设：,V,I,=0.3V,时，,T,处于临界截止状态，,V,BE,=0,。,练习题：,