二极管开关的通断是受两端电压极性控制概要

二极管开关的通断是受两端电压极性控制概要第1页/共29页饱和区——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)。1、三极管的三种工作区域饱和区放大区截止区第2页/共29页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IB对集电极电流IC有很强的控制作用,IC=βIB。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ΔIB，IC就有很大的变化量ΔIC。2、三极管的三种工作状态①、放大状态三极管有放大能力，ic

＝βib第3页/共29页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：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②、饱和状态ib≥IBS饱和区放大区截止区第4页/共29页三极管饱和特点：

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=βIB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VCESbcVBES++--eecb饱和区放大区截止区第5页/共29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。VBE≤0VBC<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③、截止状态等效于开关断开ecb饱和区放大区截止区第6页/共29页三极管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第7页/共29页

根据VCC和RC值，在输出特性曲线上画一条负载线。当Vi<0时：三极管截止，工作在特性曲线A点。当ib＝60μA时iC=βib=50X60=3mAT临界饱和当ib>60μA时iC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RC2KΩVCC=6VRBvivoβ=50ibic-1V+3V第8页/共29页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第9页/共29页理想情况下：（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Vi=－Vb1时：T截止2、三极管开关惰性RCVCCRBvivoibic第10页/共29页RCVCCRBvivoibicVi=-Vb1时：T截止ib≈0ic≈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:ic由0上升到0.1icmax上升时间:ic由0.1icmax上升到0.9icmax存储时间:ic由

Icmax下降到0.9icmax下降时间:ic由0.9icmax下降到0.1icmaxT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三极管开关惰性第11页/共29页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：ICS基区中电子积累所需时间：tr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：临饱放大正偏第12页/共29页

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ts

当ib继续增加：电子浓度分析输入信号由：

希望基极驱动电流ib1很大，加速三极管由截止向饱和转变，缩短上升时间tr

，减少延迟时间，提高工作速度。

虽然ib1增加带来td、tr

减小。同时也会使ts

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：正偏放大临饱深饱第13页/共29页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ib2很大,加速三极管由饱和向截止状态转变。

同样ib2增加带来tf

减小。同时也会使td

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：深饱临饱放大正偏第14页/共29页结论：

把三极管由截止→饱和的基极电流ib1叫做正向驱动电流。

把三极管由饱和→截止的基极电流ib2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：RCVCCR1vivoRSC1第15页/共29页

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≤-1V三极管截止条件：Vbe≤0令：Vbe≤－1VT可靠截止当Vi

=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：ib≥IBS四、晶体三极管反相器1、反相器工作原理及设计方法：0ERCVCCR1vivoR2-VBBC1R1R2VBBbe+−R1R2VBBbe+−+−Eibi1i2第16页/共29页即：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，Vces=0.3V所以功耗小。对β的一致性要求底，只要满足晶体三极管反相器第17页/共29页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，VCL<VCCDCL：钳位二极管。CO:输出端分布电容及负载电容之和。当：Vi

=VILT止，DCL导，VO=VCLVCC以τ＝RCCO向CO充电负载变化，稳定输出。

当：Vi

=VIHT饱和，CO放电,τ=rCESCO由于RC»

rCES

CO快速放电。DCL对下降沿影响小。当：Vi从T由饱和变为截至，由于电容上的电压不能突变，又以大时常数RCO充电，充电速度比较慢。当充至VO≥VCL,DCL导通。VO被钳位于VCL2、提高反相器开关速度的方法：VCLVCCC1R1R2-VBBRCDCLIV第18页/共29页反相器负载有两种情况：流进反相器的电流叫灌流负载。记做i

OI流出反相器的电流叫拉流负载。记做i

op如何衡量反相器带负载能力？反相器在正常工作条件下：

饱和状态：VO=0.3V,反相器所允许最大灌电流IOCM是多少？

截止状态：VO=VCL，反相器所允许最大拉电流IOPM是多少？3、反相器带负载的能力第19页/共29页三极管饱和时：

VO=Vces=0.3V,DCL止，i

DCL=0流入集电极电流：IBSi

C=i

RC+i

OI由饱和条件iB≥IBS知：IBS：增加使三极管饱和深度减少，有可能引起三极管退出饱和。所以：灌电流的增加，不应破坏三极管的饱和条件。即：iC

≥IC/βi

RC+i

OI≤βiBiC=βiB分饱和、截止两种状态讨论。(1)、反相器带灌流负载的能力①、三极管饱和时带灌流负载的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiDCLiCDCLVCL第20页/共29页三极管截至时：

iC=0DCL导通VO=VCL流入钳位二极管电流：iDCL=iRC+iOI灌电流的增加不可能烧坏钳位二极管。三极管饱和时所允许的最大灌电流：=ICM–VCC/RCI0IM

≤βiB–iRC②、三极管截至时带灌流负载的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiDCLiCDCLVCL第21页/共29页三极管饱和时：DCL止iDCL=0拉电流：iOP=iRC

–

iC由饱和条件iB≥IBS知：iop的增加引起iC的减少，iC的减少又引起iB的减少。三极管的饱和深度加深。所以拉电流的增加，不破坏三极管的饱和状态iop的增加，最大将iC拉到0。所以：最大拉电流：IOPM≤iRC-0=VCC/RC仍然分饱和、截止两种状态讨论。(2)、反相器带拉流负载的能力。①、三极管饱和时带拉流负载的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiCDCLVCLiOP第22页/共29页三极管截至时：

DCL导通iC=0VO=VCLiRC=iDCL+iOP

拉电流iOP增加到一定程度使iDCL减小到0,D失去钳位作用。

因此三极管截至时，最大拉电流以钳位二极管不失去钳位作用为原则。IOPM

＝iRC≤VCC-VCL/RC即：iDCL不能为0②、三极管截至时带拉流负载的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiDCLiCDCLiOPVCL第23页/共29页1、当β＝30,T能否可靠饱和或截止？2、在输入为高电平时，保证T可靠饱和，β值最小等于多少？3、在输入为低电平时，保证可T靠截止，VBB值最小等于多少？题意分析：先判导和止，再判饱和否。截至条件：发射结、集电结均反偏。VBE≤0饱和条件：发射结、集电结均正偏。VBE>0,练习题：R