晶體三極管開關(guān)特性12PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 晶體三極管開關(guān)特性晶體三極管開關(guān)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 飽和區(qū)飽和區(qū) 放大區(qū)放大區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 三極管工作在放大區(qū)。 三極管放大條件：三極管放大條件： EBBE VVV , 0發(fā)射結(jié)正偏： CBBC VVV , 0集電結(jié)反偏： 放大特點(diǎn)：放大特點(diǎn)： 基極電流IB對(duì)集電極電流IC有很強(qiáng)的控制作用,IC=IB。從特性曲線上可以看出，在相同的VCE條件下，IB有很小的變化量IB，IC就有很大的變化量IC。 三極管有放大能力，i c i b 第1頁/共27頁 三極管工作在飽和區(qū)。 飽

2、和區(qū)VCE比較小，也就是IC受VCE顯著控制區(qū)。即將輸出曲線直線上升和彎曲部分劃為飽和區(qū)。 三極管飽和條件：三極管飽和條件： EBBE VVV , 0發(fā)射結(jié)正偏： CBBC VVV , 0偏：集電結(jié)正 基極電位高于發(fā)射級(jí)、集電極電位。 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 飽和區(qū)飽和區(qū) 放大區(qū)放大區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 第2頁/共27頁 三極管飽和特點(diǎn)：三極管飽和特點(diǎn)： 當(dāng)VCE減少到一定程度后，集電結(jié)收集載流子的能力減弱，造成發(fā)射結(jié)“發(fā)射有余，集電結(jié)收集不足發(fā)射有余，集電結(jié)收集不足”，集電極電流IC

3、不再服從IC=IB的規(guī)律。 三極管飽和時(shí)的等效電路：三極管飽和時(shí)的等效電路： 硅管 0.7V 鍺管 0.3V 硅管 0.3V 鍺管 0.1V 不考慮管壓降時(shí)的等效電路等效于開關(guān)閉合 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 飽和區(qū)飽和區(qū) 放大區(qū)放大區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 第3頁/共27頁 三極管工作在截止區(qū)，IB=0曲線以下。 發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏。 VBE0VBC0 CCCCB VVII、00 三極管相當(dāng)于開路 三極管截止等效電路： 所以可以利用三極管飽和、截止?fàn)顟B(tài)作

4、開關(guān)。所以可以利用三極管飽和、截止?fàn)顟B(tài)作開關(guān)。 三極管截止條件：三極管截止條件： 等效于開關(guān)斷開 e cb / C ImA 0 1 2 3 4 5 2468 / CE VV 0 B I 1 40 B IuA 2 80 B IuA 飽和區(qū)飽和區(qū) 放大區(qū)放大區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 第4頁/共27頁 三極管三極管PNPN結(jié)四種偏置方式組合結(jié)四種偏置方式組合 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)(be(be結(jié)結(jié)) ) 集電結(jié)集電結(jié)(bc(bc結(jié)結(jié)) )工作狀態(tài)工作狀態(tài) 正偏正偏反偏反偏放大狀態(tài)放大狀態(tài) 正偏正偏正偏正偏飽和狀態(tài)飽和狀態(tài) 反偏反偏反偏反偏截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài) 反偏反偏正偏正偏倒置狀態(tài)倒置狀態(tài) 第5頁/共27頁 / c i

5、mA / CE VV 20uA 40uA 60uA 80uA 100uA 120uA CC C V R 根據(jù)根據(jù)VCC和和RC值，在值，在 輸出特性曲線上畫一輸出特性曲線上畫一 條負(fù)載線。條負(fù)載線。 當(dāng)Vi 60A時(shí) i C 幾乎不變。三極管進(jìn)入飽和區(qū)。 臨界飽和時(shí)基極電流： C CCcs bs R VI I 飽和時(shí)集電極電流： 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頁/共27頁 首先求出基極電流 ? b i 然后求出臨界飽和時(shí)基極電流： ? bs I bsb Ii 三極管工作在飽和狀態(tài)，

6、大的越多，飽和的越深。大的越多，飽和的越深。 bsb Ii 三極管工作在放大狀態(tài) 0 be V 三極管工作在截止?fàn)顟B(tài) 第7頁/共27頁 I V 2b V 1b V 0 t C i 0 t CMAX i 理想情況下：（飽和、截止動(dòng)作瞬時(shí)完成） 三極管開關(guān)和二極管開關(guān)一樣，都存在開關(guān)惰性。三極管在作開關(guān)運(yùn)用時(shí)，三極管飽和及截止兩種狀態(tài)不是瞬時(shí)完成。因?yàn)槿龢O管內(nèi)部存在著電荷建立和消散過程。 Vi = Vb2時(shí)：T 飽和 C CC c R V i max Vi = Vb1時(shí)：T 截止 0 C i RC VCC RB v vi i v vo o i i b i i c 第8頁/共27頁 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 時(shí)：時(shí)：T T 截止截止 i i b b 0 i i c c 0 實(shí)際情況下實(shí)際情況下： 輸入由Vb2上跳到Vb1,T由止放大飽和。 輸入由Vb2下跳到-Vb1,由飽和放大止。 需要經(jīng)歷四個(gè)時(shí)間：需要經(jīng)歷四個(gè)時(shí)間： 延遲時(shí)間: i c 由0上升到0.1 i c max 上升時(shí)間: i c 由0.1 i c max上升到0.9 i c max 存儲(chǔ)時(shí)間: i c 由

8、 I c max下降到0.9 i c max 下降時(shí)間:i c 由0.9 i c max下降到0.1 i c max T由截止由截止導(dǎo)通需要的時(shí)間：導(dǎo)通需要的時(shí)間：t tON ON =t=td d+t+tr r T T由導(dǎo)通由導(dǎo)通截止需要的時(shí)間：截止需要的時(shí)間：t tOffOff=t=ts s+t+tf f on t off t 第9頁/共27頁 用基區(qū)電荷分布圖說明用基區(qū)電荷分布圖說明 當(dāng)輸入 發(fā)射結(jié)由：反偏正偏所需時(shí)間 td 正向偏壓 基極驅(qū)動(dòng)電流 發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)電子數(shù) 集電極收集的電子數(shù) 由小到大變化由小到大變化 當(dāng)基區(qū)的電子濃度增加到當(dāng)基區(qū)的電子濃度增加到 4 4 時(shí)時(shí)： 發(fā)射結(jié)正偏

9、后：發(fā)射結(jié)正偏后： 集電極電流達(dá)到臨界飽和：ICS 基區(qū)中電子積累所需時(shí)間：t r 0 1 三極管由截止進(jìn)入飽和過程： NN P 電子濃度電子濃度 1 2 3 4 臨飽 放大 正偏 第10頁/共27頁 I IB BIIBS BS 時(shí)，發(fā)射結(jié)時(shí)，發(fā)射結(jié)發(fā)射有余發(fā)射有余，集電極，集電極收集不足收集不足。過剩電子在基區(qū)積累，如。過剩電子在基區(qū)積累，如 4545。這段時(shí)間就是存儲(chǔ)時(shí)間。這段時(shí)間就是存儲(chǔ)時(shí)間 t s 當(dāng)當(dāng)i i b b繼續(xù)增加：繼續(xù)增加： 電子濃度電子濃度 N P N 1 2 3 4 5 0 1 分析輸入信號(hào)由：分析輸入信號(hào)由： 希望基極驅(qū)動(dòng)電流i b 1很大，加速三極管由截止向飽和轉(zhuǎn)變

10、，縮短上升時(shí)間t r ，減少延遲時(shí)間，提高工作速度。 雖然i b1增加帶來td、 t r 減小。同時(shí)也會(huì)使 t s 增加。要求驅(qū)動(dòng)電流不是常數(shù)，而是前大后小，前大加速建立，后小不過分飽和。前大加速建立，后小不過分飽和。 正偏 放大 臨飽 深飽 1b i 第11頁/共27頁 電子濃度 N P N 1 2 3 4 5 當(dāng)輸入當(dāng)輸入 0 1 三極管由飽和進(jìn)入截止過程：三極管由飽和進(jìn)入截止過程： 由于基區(qū)電子不能立即消失，T 仍然飽和，其轉(zhuǎn)變過程是：隨正偏壓的減小，基區(qū)存儲(chǔ)的電子逐漸減小。54區(qū)間中電子積累從深飽和深飽和淺飽和淺飽和臨界飽和臨界飽和放大放大截止。截止。 分析輸入信號(hào)由：分析輸入信號(hào)由：

11、 0 1 希望基極驅(qū)散電流i b 2很大,加速三極管由飽和向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變。 同樣同樣i i b2 b2增加帶來 增加帶來t f 減小。同時(shí)也會(huì)使減小。同時(shí)也會(huì)使 t d 增加。即：三極管截止增加。即：三極管截止 時(shí)，反偏電壓越大，轉(zhuǎn)向正偏時(shí)間越長。因此，要求驅(qū)動(dòng)電流也不是時(shí)，反偏電壓越大，轉(zhuǎn)向正偏時(shí)間越長。因此，要求驅(qū)動(dòng)電流也不是 常數(shù)，而是常數(shù)，而是前大后小前大后小，前大快速驅(qū)散，后小不過分截止。前大快速驅(qū)散，后小不過分截止。 深飽 臨飽 放大 正偏 2b i 第12頁/共27頁 結(jié)論：結(jié)論： 把三極管由截止飽和的基極電流i b1叫做正向驅(qū)動(dòng)電流。 把三極管由飽和截止的基極電流i b2叫做反

12、向驅(qū)散電流。 這樣一個(gè)前大后小的基極驅(qū)動(dòng)電流很難選取。但可以利用電容C上的電壓不能突變的特性，近似實(shí)現(xiàn)。這個(gè)電容叫做加速電容加速電容。 i V b i t t 0 0 RC VCC R1 v vi i v vo o R S C1 第13頁/共27頁 R1、R2、外加負(fù)偏壓、外加負(fù)偏壓VBB及及Vi i 共同決定三極管工作狀態(tài)，保證三極管在開關(guān)方波的作用下可靠工作于飽和、截止兩種狀態(tài)。共同決定三極管工作狀態(tài)，保證三極管在開關(guān)方波的作用下可靠工作于飽和、截止兩種狀態(tài)。 那么如何保證三極管可靠工作？就依靠合理選擇基極偏置電阻來保證。（設(shè)計(jì)問題） 當(dāng)當(dāng)Vi i = 0 = 0 時(shí)：時(shí)： 希望希望T截截

13、 止先假設(shè)止先假設(shè)T止止 再看是否止再看是否止 畫截止等效電路畫截止等效電路 1 21 R RR V V BB be - 1V 三極管截止條件：V be0 令：V be1V T 可靠截止 當(dāng)當(dāng)V i i = = E 時(shí)：時(shí)： 希望希望T飽和飽和 ，先假設(shè)，先假設(shè)T飽和飽和 再判是否飽和再判是否飽和 畫飽和等效電路畫飽和等效電路 21 21 R V R E iii BB b 三極管截止條件：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頁/共27頁

14、 C CCCS bS R VI I C CCBB R V R V R E 21 即：三極管一定飽和。 元件選擇：元件選擇：T: 先選擇開關(guān)管，再根據(jù)手冊(cè)給出ICM確定RC。 VCC、VBB 根據(jù)工作條件確定。 C1根據(jù)開關(guān)管截至頻率確定。 反相器的優(yōu)點(diǎn)：反相器的優(yōu)點(diǎn)： 輸出振幅比較大，飽和時(shí) VO 0 。 截止時(shí)，VO VCC 。 三極管飽和時(shí)，V c e s = 0.3V 所以功耗小。 對(duì)的一致性要求底，只要滿足 CS b I i 第15頁/共27頁 C O 反相器的基本功能是將輸入信號(hào)反相輸出，輸出信號(hào)應(yīng)保持與輸入信號(hào)形狀一致，但由于三極管本身存在：開關(guān)時(shí)間、分布電容及寄生電容的影響，使輸

15、出波形產(chǎn)生一定畸變，只能采取措施，使這種畸變盡可能減小至容許范圍之內(nèi)。反相器的基本功能是將輸入信號(hào)反相輸出，輸出信號(hào)應(yīng)保持與輸入信號(hào)形狀一致，但由于三極管本身存在：開關(guān)時(shí)間、分布電容及寄生電容的影響，使輸出波形產(chǎn)生一定畸變，只能采取措施，使這種畸變盡可能減小至容許范圍之內(nèi)。 常用方法：常用方法： 采用加速電容，增加鉗位二極管。采用加速電容，增加鉗位二極管。 VCL:鉗位電壓，鉗位電壓， VCL0, RC 2K R1 R2 4.3K 16K VCC=12V -VBB=8V 0.3V 5.5V C1 TVI I VO O 第22頁/共27頁 R1 R2 VBB VI I b e + + 解（1）：

16、 ：時(shí)當(dāng)VVV ILi 3 . 0 先假定T截止， 。0是否看 BE V 畫出畫出T T截止等效電路：截止等效電路： BBILILEBBE VV RR R VVVV 21 1 046. 1V 滿足截止條件T截止 目的是判斷T能否截止： VVBE0截止： VVBE0導(dǎo)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頁/共27頁 R1 R2 VBB VI I b e + + VBE S ：時(shí)當(dāng)VVV IHi 5 . 5 BBIHIHEBBE VV RR R VVVV 21 1 064. 2V

17、T導(dǎo)通，判別： BSB II ；放大導(dǎo)通 BSB II ；飽和導(dǎo)通 假定假定T T飽和，畫出飽和等效電路飽和，畫出飽和等效電路 21 R VV R VV I BESBBBESIH B mA46. 0 mA R VVI I C CESCCCS BS 26. 0 。所以三極管可靠飽和因?yàn)? 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頁/共27頁 2、在輸入為高電平時(shí)，保證T可靠飽 和，值最小等于多少？ 假設(shè)：VI=5.5V時(shí)，T處于臨界飽和狀態(tài)，IB=IBS,求出臨界飽和時(shí)值。 mAI R VVI I B C CESCCCS BS 46. 0 VVCC12 VVCES3