晶体三极管开关特性12PPT学习教案

1、会计学1 晶体三极管开关特性晶体三极管开关特性12 / C ImA 0 1 2 3 4 5 2468 / CE VV 0 B I 1 40 B IuA 2 80 B IuA 饱和区饱和区 放大区放大区 截止区截止区 三极管工作在放大区。 三极管放大条件：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：放大特点： 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。 三极管有放大能力，i c i b 第1页/共27页 三极管工作在饱和区。 饱

2、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：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 / C ImA 0 1 2 3 4 5 2468 / CE VV 0 B I 1 40 B IuA 2 80 B IuA 饱和区饱和区 放大区放大区 截止区截止区 第2页/共27页 三极管饱和特点：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，集电结收集不足发射有余，集电结收集不足”，集电极电流IC

3、不再服从IC=IB的规律。 三极管饱和时的等效电路：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 VCE S bc VBE S + - e e cb / C ImA 0 1 2 3 4 5 2468 / CE VV 0 B I 1 40 B IuA 2 80 B IuA 饱和区饱和区 放大区放大区 截止区截止区 第3页/共27页 三极管工作在截止区，IB=0曲线以下。 发射结、集电结均反偏。 VBE0VBC0 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

4、开关。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：三极管截止条件： 等效于开关断开 e cb / C ImA 0 1 2 3 4 5 2468 / CE VV 0 B I 1 40 B IuA 2 80 B IuA 饱和区饱和区 放大区放大区 截止区截止区 第4页/共27页 三极管三极管PNPN结四种偏置方式组合结四种偏置方式组合 发射结发射结(be(be结结) ) 集电结集电结(bc(bc结结) )工作状态工作状态 正偏正偏反偏反偏放大状态放大状态 正偏正偏正偏正偏饱和状态饱和状态 反偏反偏反偏反偏截止状态截止状态 反偏反偏正偏正偏倒置状态倒置状态 第5页/共27页 / c i

5、mA / CE VV 20uA 40uA 60uA 80uA 100uA 120uA CC C V R 根据根据VCC和和RC值，在值，在 输出特性曲线上画一输出特性曲线上画一 条负载线。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： C CCcs bs R VI I 饱和时集电极电流： C CC CS R V I RC 2K VCC=6V RB v vi i v vo o =50 i i b i i c - 1V +3 V 第6页/共27页 首先求出基极电流 ? b i 然后求出临界饱和时基极电流： ? bs I bsb Ii 三极管工作在饱和状态，

6、大的越多，饱和的越深。大的越多，饱和的越深。 bsb Ii 三极管工作在放大状态 0 be V 三极管工作在截止状态 第7页/共27页 I V 2b V 1b V 0 t C i 0 t CMAX i 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 C CC c R V i max Vi = Vb1时：T 截止 0 C i RC VCC RB v vi i v vo o i i b i i c 第8页/共27页 1b V 0.9

7、CMAXi I V 2b V 0 t 0 t CMAX i 0.1CMAXi d t r t s t f t C i RC VCC RB v vi i v vo o i i b i i c Vi i = - = - V Vb1 b1 时：时：T T 截止截止 i i b b 0 i i c c 0 实际情况下实际情况下： 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：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

8、 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由截止由截止导通需要的时间：导通需要的时间：t tON ON =t=td d+t+tr r T T由导通由导通截止需要的时间：截止需要的时间：t tOffOff=t=ts s+t+tf f on t off t 第9页/共27页 用基区电荷分布图说明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 由小到大变化由小到大变化 当基区的电子浓度增加到当基区的电子浓度增加到 4 4 时时： 发射结正偏

9、后：发射结正偏后： 集电极电流达到临界饱和：ICS 基区中电子积累所需时间：t r 0 1 三极管由截止进入饱和过程： NN P 电子浓度电子浓度 1 2 3 4 临饱 放大 正偏 第10页/共27页 I IB BIIBS BS 时，发射结时，发射结发射有余发射有余，集电极，集电极收集不足收集不足。过剩电子在基区积累，如。过剩电子在基区积累，如 4545。这段时间就是存储时间。这段时间就是存储时间 t s 当当i i b b继续增加：继续增加： 电子浓度电子浓度 N P N 1 2 3 4 5 0 1 分析输入信号由：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

10、，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。前大加速建立，后小不过分饱和。 正偏 放大 临饱 深饱 1b i 第11页/共27页 电子浓度 N P N 1 2 3 4 5 当输入当输入 0 1 三极管由饱和进入截止过程：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。54区间中电子积累从深饱和深饱和浅饱和浅饱和临界饱和临界饱和放大放大截止。截止。 分析输入信号由：分析输入信号由：

11、 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。 同样同样i i b2 b2增加带来 增加带来t f 减小。同时也会使减小。同时也会使 t d 增加。即：三极管截止增加。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，而是常数，而是前大后小前大后小，前大快速驱散，后小不过分截止。前大快速驱散，后小不过分截止。 深饱 临饱 放大 正偏 2b i 第12页/共27页 结论：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

12、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加速电容。 i V b i t t 0 0 RC VCC R1 v vi i v vo o R S C1 第13页/共27页 R1、R2、外加负偏压、外加负偏压VBB及及Vi 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。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） 当当Vi i = 0 = 0 时：时： 希望希望T截截

13、 止先假设止先假设T止止 再看是否止再看是否止 画截止等效电路画截止等效电路 1 21 R RR V V BB be - 1V 三极管截止条件：V be0 令：V be1V T 可靠截止 当当V i i = = E 时：时： 希望希望T饱和饱和 ，先假设，先假设T饱和饱和 再判是否饱和再判是否饱和 画饱和等效电路画饱和等效电路 21 21 R V R E iii BB b 三极管截止条件：i b IBS 0 E RC VCC R1 v vi i v vo o R2 -VBB C1 R1 R2 VBB b e + R1 R2 VBB b e + + E i b i 1 i 2 第14页/共27页

14、 C CCCS bS R VI I C CCBB R V R V R E 21 即：三极管一定饱和。 元件选择：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：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 CS b I i 第15页/共27页 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

15、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。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：常用方法： 采用加速电容，增加钳位二极管。采用加速电容，增加钳位二极管。 VCL:钳位电压，钳位电压， VCL0, RC 2K R1 R2 4.3K 16K VCC=12V -VBB=8V 0.3V 5.5V C1 TVI I VO O 第22页/共27页 R1 R2 VBB VI I b e + + 解（1）：

16、 ：时当VVV ILi 3 . 0 先假定T截止， 。0是否看 BE V 画出画出T T截止等效电路：截止等效电路： BBILILEBBE VV RR R VVVV 21 1 046. 1V 满足截止条件T截止 目的是判断T能否截止： VVBE0截止： VVBE0导通： VVIL3 . 0 RC 2K R1 R2 4.3K 16K VCC=12V -VBB=8V 0.3V 5.5V C1 TVI I VO O 第23页/共27页 R1 R2 VBB VI I b e + + VBE S ：时当VVV IHi 5 . 5 BBIHIHEBBE VV RR R VVVV 21 1 064. 2V

17、T导通，判别： BSB II ；放大导通 BSB II ；饱和导通 假定假定T T饱和，画出饱和等效电路饱和，画出饱和等效电路 21 R VV R VV I BESBBBESIH B mA46. 0 mA R VVI I C CESCCCS BS 26. 0 。所以三极管可靠饱和因为, BSB II VVIH5 . 5 B I RC 2K R1 R2 4.3K 16K VCC=12V -VBB=8V 0.3V 5.5V C1 TVI I VO O 第24页/共27页 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。 mAI R VVI I B C CESCCCS BS 46. 0 VVCC12 VVCES3