BJT的開關(guān)應(yīng)用性能

1、bjt的開關(guān)應(yīng)用性能xie meng-xian.（電子科大，成都市）我們知道，bjt作放大應(yīng)用時(shí)，基木耍求是工作點(diǎn)必須處在放大狀態(tài)范圍內(nèi)，并且工作點(diǎn)要具有足夠的穩(wěn)定性， 以保證bjt能夠放大信號(hào)，而且不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)失真。bjt在作開關(guān)應(yīng)用時(shí)，其棊木耍求有哪些？如何滿足這些耍求呢？這些問題是在設(shè)計(jì)、制造和使用bjt及其邏輯 電路時(shí)必須理解的。（1）對(duì)開關(guān)bjt的要求：對(duì)開關(guān)bjt的基本要求應(yīng)該冇四個(gè)方而： bjt在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)截止電流很小、電阻很人。理想情況應(yīng)該是截止電流=0,電阻=8。 bjt在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)電流很大、電阻很小。理想情況應(yīng)該是導(dǎo)通電阻=0,導(dǎo)通壓降=0。 bjt能開、能關(guān)。作為三端器件

2、的bjt,應(yīng)該能夠使用輸入電壓或電流來(lái)控制輸出的導(dǎo)通與截止，否則bjt就 不能用于邏輯電路。 bjt的開關(guān)速度高。bjt開關(guān)速度的髙低雖然不是開關(guān)工作的必要條件，但是開關(guān)速度越髙，開關(guān)電路的動(dòng)態(tài) 功耗將越小（因?yàn)殛P(guān)斷狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)的電流電壓z積都很小，則開關(guān)晶體管的靜態(tài)功耗往往可以忽略，所以晶體管開 關(guān)工作的功耗主要是動(dòng)態(tài)功耗），因此，bjt作為-個(gè)好的開關(guān)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該是開關(guān)速度很高的。（2）bjt實(shí)現(xiàn)開關(guān)工作的必要條件：對(duì)于bjt飽和邏輯電路而言，關(guān)斷狀態(tài)就是bjt的截止?fàn)顟B(tài)（電流很小、電阻很大），導(dǎo)通狀態(tài)就是bjt的（過） 飽和狀態(tài)（電流很大、電阻很?。jt的某本開關(guān)電路是發(fā)射極接地的

3、組態(tài)，如圖1所示（注意：集電結(jié)反偏，發(fā)射 結(jié)正偏）。 當(dāng)bjt的兩個(gè)p-n結(jié)都反偏時(shí)，晶體管就進(jìn)入到截止?fàn)顟B(tài)關(guān)斷狀態(tài)。 當(dāng)bjt的兩個(gè)p-n結(jié)都正偏時(shí)，晶體管就進(jìn)入到飽和狀態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)。 如何使得bjt能開和能關(guān)呢？因?yàn)閎jt是電流控制的器件，所以問題也就是：如何才能利用輸入基極電流來(lái) 控制晶體管的開與關(guān)？圖2是共發(fā)射極bjt的輸出伏安特性曲線。可見，為了使bjt能夠開和關(guān)，也就是要求通過基極電流能夠驅(qū)動(dòng) 晶體管在截止?fàn)顟B(tài)與飽和狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變。由于這種轉(zhuǎn)變都需耍經(jīng)過放大區(qū)，所以作為開關(guān)應(yīng)用的晶體管也需耍偏置 在放大狀態(tài)：集電結(jié)反偏（在發(fā)射結(jié)正偏時(shí)，集電結(jié)也可以0偏），發(fā)射結(jié)正偏（在集電結(jié)反偏時(shí)

4、，發(fā)射結(jié)也可以0偏）； 這樣就可以借助改變基極電流來(lái)移動(dòng)工作點(diǎn)，使得品體管在截止?fàn)顟B(tài)與飽和狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換開關(guān)工作。因?yàn)槠敷w背的集電結(jié)本來(lái)就是反偏的，則只要發(fā)射結(jié)反偏，即可去掉基極電流，就可以實(shí)現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)（雖然可能 存在著一定的關(guān)斷時(shí)間）。而晶體管要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)一開啟，單只使得發(fā)射結(jié)正偏，還不一定充分，因?yàn)槿糨斎氲幕?極電流尚不足以在基區(qū)（和集迫區(qū)）中產(chǎn)生一定的超量存儲(chǔ)電荷、而驅(qū)使晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)（集電極也正偏）的話， 那么就不能實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)一一開啟。因此，相對(duì)來(lái)說，控制晶體管的開啟要難于關(guān)斷。換句話說，控制晶體管的開 關(guān)工作，難點(diǎn)主要是耍能夠把器件從截止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動(dòng)到飽和狀態(tài)開啟。那么,開

5、啟bjt所需要的基極驅(qū)動(dòng)電流究競(jìng)要 多大呢?由于bjt在飽和狀態(tài)時(shí)的輸出電流恒定（基本上決立于偏壓vcc和負(fù)載電阻rl）,叩為（見圖1）：ic飽和q vcc/rl=常數(shù)如果冇基極電流ib驅(qū)動(dòng)晶體管由放大狀態(tài)（電流放犬系數(shù)為0）進(jìn)入到飽和狀態(tài)，則在臨界飽和時(shí)，輸出電流可 表示為：ic 飽和 p vqq/'rl = p ibs于是，品體管的臨界飽和驅(qū)動(dòng)電流ibs為：1岀=ic 飽和''' b = c d （b rl）從而，bjt開啟的必要條件是：基極電流ib必須大于臨界飽和驅(qū)動(dòng)電流，即：ib : ' ibs = ic 飽和' b 'cc &#

6、39;' （ b rl）或者b ibic 飽和=°cc/rl這后一個(gè)關(guān)系即表明：只要基極電流的b倍大于輸出飽和電流時(shí)，bjt就進(jìn)入到了飽和狀態(tài)。這也是bjt是否處 于飽和狀態(tài)的一個(gè)判據(jù)。【說明1】bjt的飽和深度（飽和程度）與基極驅(qū)動(dòng)電流大小有關(guān)：基極電流比臨界飽和驅(qū)動(dòng)電流大得越多，品 體管基區(qū)屮的超雖存儲(chǔ)電荷就越多，則晶體管的飽和程度就越深稱為深飽和；反之，基極電流比臨界飽和驅(qū)動(dòng)屯流 大得不命時(shí)，晶體管基區(qū)中的超曲存儲(chǔ)電荷較少，則稱為淺飽和。bjt的飽和程度往往用所謂“飽和度"s來(lái)表征，立義：s = ib ibs = b ib ic 飽和顯然，飽和度s越大，集電結(jié)

7、的正向電壓降就越大，于是bjt的飽和壓降也就越低（對(duì)于si-bjt. 一般飽和壓 降約為0.3v,深飽和時(shí)約為0.1v） o但是，在s很大時(shí)，基區(qū)和集電區(qū)中的超量存儲(chǔ)電荷就會(huì)很多，則bjt的關(guān)斷時(shí) 間（主婆是存儲(chǔ)時(shí)間）也就會(huì)較長(zhǎng)。因此，在bjt的開關(guān)應(yīng)用中，婆適當(dāng)選取s值；通常，在飽和（深飽和）邏輯工作 中選取s=4【說明2】雖然bjt的飽和導(dǎo)通狀態(tài)是導(dǎo)通壓降很小、導(dǎo)通電流較大的一種狀態(tài)，但繪由于飽和電流的人小與負(fù) 載電阻冇反比關(guān)系，所以在負(fù)戟電阻較大時(shí)，bjt的飽和電流將較小。這就是說，飽和電流可以很大，但不一定在任何 時(shí)候都很大。因此，對(duì)于很大負(fù)載的bjt,即使基極電流較小，也有可能驅(qū)使它

8、進(jìn)入飽和狀態(tài)。【注總】bjt的開關(guān)速度主要決定于關(guān)斷過程的時(shí)間（特別是存儲(chǔ)時(shí)間一超雖存儲(chǔ)電荷消失的時(shí)間），開啟時(shí)間的影響往往較小；但是bjt能否開關(guān)工作，則主要決定于開啟過程可否進(jìn)行，而關(guān)斷過程往往比較容易實(shí)現(xiàn)。乜和區(qū)放大區(qū)裁止區(qū)ipi ill a3ma2ma1maib=oce圖1基本幵關(guān)電路圖2 bjt的輸出特性曲線（3）對(duì)bjt開關(guān)工作的討論：由上述基極驅(qū)動(dòng)電流的條件和飽和狀態(tài)的判據(jù)，可以見到： bjt的b不同，在飽和邏輯電路中所需要的驅(qū)動(dòng)電流也不同：b大者，需要的基極驅(qū)動(dòng)電流較小，則容易進(jìn) 行飽和開關(guān)工作；相反，0小者，需要的驅(qū)動(dòng)電流較大，則較難以進(jìn)行飽和開關(guān)工作。因此，對(duì)于開關(guān)晶體管，雖然不 像放大工作那樣對(duì)放大性能的耍求很嚴(yán)格，但是仍然需要具冇一定的放大性能（在一定范鬧內(nèi)，電流放大系數(shù)越大越好）。 若增大慕極驅(qū)動(dòng)電流，則可減小負(fù)載電阻，即能夠加大負(fù)載（即增多井聯(lián)的負(fù)載）；反之，為了使開關(guān)電路 能夠帶動(dòng)較犬的負(fù)載，就應(yīng)該捉供較大的基極驅(qū)動(dòng)電流。這就表明，為了捉高邏輯電路的負(fù)載能力，就要求：a）增人 基極驅(qū)動(dòng)電流；b）增大bjt的b； c）降低vcc。 在基極驅(qū)動(dòng)電流ib-定吋，若加通負(fù)載（即減小rl）,則就有可能使得bjt不再滿足基極驅(qū)動(dòng)電流條件，于 是bjt就將退出飽和工作狀態(tài)。這就是說，當(dāng)負(fù)