BJT的开关特性分析

1、BJT三极管的开关特性分析1.1 PN结的单向导电性 的导通电压？ 当外加正向偏置电压时，有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压

2、的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。 总结：浓度差导致多子扩散运动，扩散形成内电场，内电场引起少子的漂移运动，外加正向偏置时多子扩散运动为主，但是受PN结内电场的反向限制，扩散较慢。当偏置电压大到一定程度，就出现正向导通。形成正向电流。外加反向偏置时，少子漂移运动为主，但是外电场和内电场是同向的，PN结变厚，多子的扩散运动被阻碍，少子的漂移速度加快。但是因为少子的数量很少，所以形成的反向漏电流很小。例：光敏二极管的启发“反向漏电流这么小，为什么光敏二极管可以工作在反偏状态下” 三极管的三种工作状态 (NPN)放大状态：特点;发射结正向偏置，集电极反向偏置;发射结加上正偏电压导通后

3、，在外加电压的作用下，发射区(N)的多数载流子(电子)就会很容易地被大量发射进入基区。这些载流子一旦进入基区，它们在基区（P区）的性质仍然属于少数载流子的性质。如前所述，集电极反偏情况下，少数载流子很容易反向穿过处于反偏状态的PN结，所以，这些载流子（电子）就会很容易向上穿过处于反偏状态的集电结到达集电区形成集电极电流Ic。所以我们可以得出一个结果，集电极电流的形成并不是一定要靠集电极的高电位。集电极电流的大小更主要的要取决于发射区载流子对基区的发射与注入，取决于这种发射与注入的程度。这种载流子的发射注入程度几乎与集电极电位的高低没有什么关系。这正好能自然地说明，为什么三极管在放大状态下，集电

4、极电流Ic与集电极电位Vc的大小无关的原因。放大状态下Ic并不受控于Vc，Vc的作用主要是维持集电结的反偏状态，以此来满足三极管放大态下所需要外部电路条件。    对于Ic还可以做如下结论：Ic的本质是“少子”电流，是通过电子注入而实现的人为可控的集电结“漏”电流，因此它就可以很容易地反向通过集电结。放大状态下，贯穿整个管子的电子流在通过基区时，基区的空穴会结合掉一部分的电子。这个过程是个动态过程，“空穴”不断地与“电子”中和，同时“空穴”又不断地会在外部电源作用下得到补充。在这个动态过程中，空穴的等效总数量是不变的。基区空穴的总数量主要取决于掺“杂”度以及基区的

5、厚薄，只要晶体管结构确定，基区空穴的总定额就确定，其相应的动态总量就确定。如果基区做得薄，掺杂度低，基区的空穴数就会少，那么空穴对电子的截流量就小，这就相当于流向集电极的电子越多。很明显只要晶体管三极管的内部结构确定，流向集电极的电子与被基极吸收掉的电子的比例也就确定。所以，为了获大较大的电流放大倍数，在制作三极管时往往要把基区做得很薄，而且其掺杂度也要控制得很低。饱和状态：特点：发射极和集电极正向偏置；大致点位关系如下图所示。当发射结和集电结均为正向偏置（VBE0，VBC0）时，调节RB，使IB=VCC / RC，则BJT工作在上图中的C点，集电极电流iC已接近于最大值VCC / RC，由于

6、iC受到RC的限制，它已不可能像放大区那样随着iB的增加而成比例地增加了，此时集电极电流达到饱和，对应的基极电流称为基极临界饱和电流IBS（ ），而集电极电流称为集电极饱和电流ICS（VCC / RC）。此后，如果再增加基极电流，则饱和程度加深，但集电极电流基本上保持在ICS不再增加，集电极电压VCE=VCC-ICSRC=VCES=2.0-0.3V。这个电压称为BJT的饱和压降，它也基本上不随iB增加而改变。由于VCES很小，集电极回路中的c、e极之间近似于短路，相当于开关闭合一样。BJT的这种工作状态称为饱和。由于BJT饱和后管压降均为0.3V，而发射结偏压为0.7V，因此饱和后集电结为正向

7、偏置，即BJT饱和时集电结和发射结均处于正向偏置，这是判断BJT工作在饱和状态的重要依据。下图示出了型BJT饱和时各电极电压的典型数据。截至状态：外部偏置太小，没有达到发射结的门电压值，发射区没有载流子“电子”向基区的发射注入。 BJT开关在TDD控制电路中的应用对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流控制大电流。    假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是

8、打不开的，只能通过小阀门的水力打开。    所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。    如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。    在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。    如果水流处于可调节的状态

9、，这种情况就是三极管中的线性放大区。    如果那个小的阀门开启的还不够，不能打开大阀门，这种情况就是三极管中的截止区。    如果小的阀门开启的太大了，以至于大阀门里放出的水流已经到了它极限的流量，这种情况就是三极管中的饱和区。但是你关小小阀门的话，可以让三极管工作状态从饱和区返回到线性区。    如果有水流存在一个水库中，水位太高（相应与Uce太大），导致不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的反向击穿。PN结的击穿又有热击穿和电击穿。当反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率，直至PN结过热

10、而烧毁，这种现象就是热击穿。电击穿的过程是可逆的，当加在PN结两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复原来的状态。电击穿又分为雪崩击穿和齐纳击穿两类，一般两种击穿同时存在。电压低于56V的稳压管，齐纳击穿为主，电压高于56V的稳压管，雪崩击穿为主。电压在56V之间的稳压管，两种击穿程度相近，温度系数最好，这就是为什么许多电路使用56V稳压管的原因。    在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。    而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当

11、不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。比如用单片机外界三极管驱动数码管时，确实会对单片机管脚输出电流进行一定程度的放大，从而使电流足够大到可以驱动数码管。但此时三极管并不工作在其特性曲线的放大区，而是工作在开关状态（饱和区）。当单片机管脚没有输出时，三极管工作在截止区，输出电流约等于0。    在制造三极管时，要把发射区的N型半导体电子浓度做的很大，基区P型半导体做的很薄，当基极的电压大于发射极电压（硅管要大0.7V，锗管要大0.3V）而小于集电极电压时，这时发射区的电子进入基区，进行复合，形成Ie；但由于发射区的电子浓度很大，基区又很薄，电子就会穿过反向偏置

12、的集电结到集电区的N型半导体里，形成Ic；基区的空穴被复合后，基极的电压又会进行补给，形成Ib。理论记忆法：    当BJT的发射结和集电结均为反向偏置（VBE0，VBC0），只有很小的反向漏电流IEBO和ICBO分别流过两个结，故iB 0，iC 0，VCE VCC，对应于下图中的点。这时集电极回路中的c、e极之间近似于开路，相当于开关断开一样。BJT的这种工作状态称为截止。当发射结和集电结均为正向偏置（VBE0，VBC0）时，调节RB，使IB=VCC / RC，则BJT工作在上图中的C点，集电极电流iC已接近于最大值VCC / RC，由于iC受到RC的限制，它已

13、不可能像放大区那样随着iB的增加而成比例地增加了，此时集电极电流达到饱和，对应的基极电流称为基极临界饱和电流IBS（ ），而集电极电流称为集电极饱和电流ICS（VCC / RC）。此后，如果再增加基极电流，则饱和程度加深，但集电极电流基本上保持在ICS不再增加，集电极电压VCE=VCC-ICSRC=VCES=2.0-0.3V。这个电压称为BJT的饱和压降，它也基本上不随iB增加而改变。由于VCES很小，集电极回路中的c、e极之间近似于短路，相当于开关闭合一样。BJT的这种工作状态称为饱和。由于BJT饱和后管压降均为0.3V，而发射结偏压为0.7V，因此饱和后集电结为正向偏置，即BJT饱和时集电结和发射结均处于正向偏置，这是判断BJ