半导体器件的开关特性

数字电子技术第二章第一小节半导体器件的开关特性第七讲

逻辑门电路（二极管、三极管的开关特性）第二章逻辑门电路以半导体器件为基本单元，集成在一块硅片上，并具有一定逻辑功能的电路由分立的二极管、三极管或MOS管等元件组成的门电路在逻辑代数中，逻辑变量的取值不是0就是1，是一种二值量。它对应于数字电路中电子元件的开关（即电子开关的断开、闭合）两种状态。能实现开、关状态的电子元件称为电子开关。二极管、三极管和场效应管在数字电路中就是构成这种电子开关的基本开关元件。理想的开关：闭合时：开关两端电压为0；断开时：流过开关的电流为0；两种状态的转换瞬间完成。2.1半导体器件的开关特性

（二极管与三极管）一、二极管的开关特性1．二极管的静态特性2．二极管开关的动态特性二、三极管的开关特性1．三极管的三种工作状态2．三极管的动态特性(1)加正向电压VF（VF

>0.5V）时，二极管导通，管压降VD可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。2.1.1二极管的开关特性

1．二极管的静态特性

可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。(2)加反向电压VR或正向电压<0.5V时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二极管相当于一个断开的开关。

给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？ts为存储时间，tt称为渡越时间。tre＝ts十tt称为反向恢复时间2．二极管开关的动态特性

反向恢复时间：tre＝ts十tt产生反向恢复过程的原因：反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。

同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽略不计。2.1.2三极管的开关特性1．三极管的三种工作状态（截止状态）

（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压（约为0.5v），即VBE<0.5v时，IB≈0，IC≈0，VCE≈VCC=U0，三极管工作在截止区，对应图中的A点。

三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压U0此时，若调节Rb↓，则IB↑，IC↑，VCE↓，工作点沿着负载线由A点→B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，其特点为IC＝βIB。三极管工作在放大状态的条件为：0<IB<IBs（此时IB＝IC÷β，)发射结正偏，集电结反偏

（2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极管导通。有

放大状态

再减小Rb，IB会继续增加，但IC不会再增加，三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES，其典型值为：VCES≈0.3V。

三极管工作在饱和状态的电流条件为：IB＞IBS

电压条件为：集电结和发射结均正偏

（3）饱和状态：VI不变，继续减小Rb，当VCE

＝0.3V时，集电结变为零偏，称为临界饱和状态，对应E点。此时的集电极电流用ICS表示，基极电流用IBS表示，有:饱和状态工作状态截止放大饱和条件工作特点偏置情况集电极电流管压降近似的等效电路C、E间等效电阻发射结电压＜死区电压发射结正偏集电结反偏发射结正偏集电结正偏很大相当开关断开可变很小相当开关闭合三种工作状态比较解：依题意可得IB（基极电流）

、IBS（三极管临界饱和时的基极电流）例1.4.1

电路及参数如图所示，设输入电压VI=3V，三极管的VBE=0.7V。（1）若β＝60，试判断三极管是否饱和，并求出IC和VO的值。（2）将RC改为6.8kW，重复以上计算。∵IB＞IBS∴三极管饱和。

IB不变，仍为0.023mA

∵IB＜IBS∴三极管处在放大状态。

举例（3）将RC改为6.8kW，再将Rb改为60kW，重复以上计算。由此可见，Rb

、RC

、β等参数都能决定三极管是否饱和。即在VI一定（要保证发射结正偏）和VCC一定的条件下，Rb越小，β越大，RC越大，三极管越容易饱和。在数字电路中总是合理地选择这几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。∵IB＞IBS∴三极管饱和。

饱和条件可写为：

2．三极管的动态特性（略）（1）延迟时间td——从vi正跳变的瞬间开始，到iC上升到

0.1ICS所需的时间

（2）上升时间tr——iC从0.1ICS上升到0.9ICS所需的时间。（3）存储时间ts——从vi下跳变的瞬间开始，到iC下降到0.9