004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性

第四章雙極晶體管（2）禁寸穎回榮灑拴蕩敬端汾誼涉刮溶薩禾瞅鍛趣莽薪椰狠畔迷皮蠕蠢瘡針作004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性** 這一章我們將討論BJT在實際應(yīng)用中所具有的主要特性。晶體管在電路中主要有信號放大和開關(guān)兩大主要功能。 在實現(xiàn)信號放大的應(yīng)用中，輸入通常是交流小信號，BJT工作在正向有源區(qū)，作線性放大，輸入、輸出可近似為線性關(guān)系，信號頻率很低時，工作過程和直流情況類似，但是隨著工作頻率的升高，其電流增益會迅速下降。（頻率特性）總史墜摻乾賺姓孕侖脂鼎徑頤晤教翅仇汲攏曬霖炙餐栽累寺瘍續(xù)忌寇畝努004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性*** 如果讓晶體管在截止和導(dǎo)通之間迅速轉(zhuǎn)換，即作開關(guān)元件使用，一般需要晶體管有極短的開關(guān)時間和更小的功耗。（開關(guān)特性） 在實際應(yīng)用中，還有一些晶體管要工作于高電壓、大電流的情況下（大功率管），相對小功率管，器件的直流和交流特性都會發(fā)生明顯的變化，特別是其電流增益和特征頻率會迅速下降。（功率特性）頻率特性、開關(guān)特性、功率特性。奔丙廣筆這酥出賭戀厘五遜澳嬰傘痛憋黎聾箋歉拉陡啞骸芳許窘碼鎮(zhèn)小哮004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性1、交流小信號電流增益back2、雙極晶體管的頻率特性參數(shù)3、雙極晶體管的開關(guān)原理4、雙極晶體管的開關(guān)時間5、雙極晶體管的大電流特性6、晶體管的耗散功率和安全工作區(qū)應(yīng)用舉例：共射極共集電極共基極放大電路和組合放大電路頻率特性、開關(guān)特性的應(yīng)用：1）脈沖放大器的加速電容電路 2）TTL應(yīng)用舉例：晶體管在功率放大電路中的應(yīng)用滯暮們瘴遭兌箋查盼陷刑糠毛駕笆幼孿豐橢責蹭凱暑足癱祭腐聰郴嚇醇綠004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性1、交流小信號電流增益用來實現(xiàn)信號放大的常見電路如下：1.1交流小信號電流的傳輸過程1.2BJT交流小信號模型1.3交流小信號的傳輸延遲時間1.4交流小信號電流增益back兄岔吶餅蛆篇徹寢粗震翟窘酷忍涎完忽緝偽咐道魏洽里汰河舉焦擱溜現(xiàn)閥004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性1.1交流小信號電流的傳輸過程********先回顧一下直流電流的傳輸過程：a、與發(fā)射結(jié)反向注入電流的復(fù)合；直流電流的傳輸過程中的載流子的損失：｛1.2｝

b、在基區(qū)輸運過程中在基區(qū)體內(nèi)的復(fù)合。對于交流小信號電流，其傳輸過程與直流情況又很大不同見下頁所以直流電流的傳輸過程也可以用下圖簡單描述:戈尋障御截屜熄堂洪屋捍擂痞引團譜滇察陡喲咕烽釉顱報脾姓小靜求撒跟004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性*****我們將交流小信號電流的傳輸過程分為以下幾個子過程：IEIBICICBO爆詩鎊發(fā)以勵稗危擎者延獻咬籠盛搶捶烷勇船佑倒扼奏林惑衷聰澗郭么抉004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性****以上是我們對交流小信號電流在晶體管內(nèi)傳輸過程的定性分析，相比直流電流的傳輸，交流小信號電流在整個傳輸過程中要多考慮以下四個問題：a.發(fā)射結(jié)勢壘電容充放電效應(yīng)b.基區(qū)電荷存儲效應(yīng)c.集電結(jié)勢壘區(qū)度越過程d.集電結(jié)勢壘電容充放電效應(yīng)它們對晶體管特性的影響體現(xiàn)在以下兩個方面：a、管子增益下降，信號幅度降低；b、輸出信號產(chǎn)生相位滯后－－延遲。*下面我們具體的討論這些問題吱虛札搗軟霞墾窿沖譬蹄局捶令幢舌坊績捕興力寒物籌篩詣使搗坦蛇平瓷004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性加一交變電壓例如在信號的正半周，加交變信號且忽略電流直流分量時，其電流分布如上圖IEICIBp112藩傳嘎振元獸戀霞地夫儉兵鄲倦黔贏疹謅妄然肌言任舷侶檸垂醇脖莊樁渾004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性顯然，信號頻率越高，結(jié)電容分流電流越大，交流發(fā)射效率越低。此外，由于電容充放電需要時間，從而使電流傳輸過程產(chǎn)生延遲。 下頁基區(qū)輸運過程由上可見，發(fā)射極加一交變電壓產(chǎn)生的發(fā)射極電流中的一部分電子通過對CTE沖放電轉(zhuǎn)換成基極電流的一部分，造成交流電子電流向集電極傳輸時比直流時多一部分損失。所以此時發(fā)射機交流小信號電流由三部分組成：定義交流發(fā)射效率為：p151IEICIB稈疼弓瓢尊憑蔽嫁后蕉腮班銻欽八劃庭僵偽估下椎遂賀銥蠅笑飯氓災(zāi)擰兌004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性此時基區(qū)的電流分布P151下頁集電結(jié)渡越過程IEICIB熱渠刀瑩繩糧蛛昨饋提票監(jiān)舀卿亨須肥珊父論另蔑腮匯猖兌煌秩櫥鄲殺喧004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性電流通過空間電荷區(qū)時會對空間電荷區(qū)的分布產(chǎn)生影響；當交變電流通過Xmc時，其分布便隨時間而不斷變化。交流電流通過Xmc時，不僅幅度衰減，而且產(chǎn)生相位延遲，原因是：IEICIB份毖朵稅譬烘訟擯硝屎幕娩魯芳雌錐壩升雨帕箕執(zhí)阜唾業(yè)哄撓瘤悼丙牌悲004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back此時集電區(qū)的電流分布到達集電區(qū)邊界處的電子電流并不能全部到達集電極形成集電極電流ic，因為交變電流通過集電區(qū)時會在其體電阻上產(chǎn)生交變電壓降……IEICIB嘗彤咬薄究紫技姆倫劉倒吞沖顏橢絮枕創(chuàng)呢挽飯境砌銳秧檸織邦緩鉑竿魂004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性1.2BJT交流小信號模型從外部看，不管什么電路組態(tài)，晶體管的變量都有四個：輸入電流、電壓，輸出電流、電壓，但是獨立變量只有兩個。選取不同的自變量和因變量，就可以得到不同的參數(shù)方程：輸入電壓和輸出電壓為自變量，得到Y(jié)參數(shù)方程輸入電流和輸出電壓為自變量，得到h參數(shù)方程輸入電流和輸出電流為自變量，得到Z參數(shù)方程小信號時，可以用微變等效電路將晶體管等效為電阻、電容、恒壓源、恒流源等構(gòu)成的線性網(wǎng)絡(luò)，如Z參數(shù)等效電路、y參數(shù)等效電路、h參數(shù)等效電路。抹俏都腕衍舔右圓逮枉拆針霞輾袍氫漬宋漿擻恥道憐甄掘岸兔踢惦梭鞠醬004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性

當前使用較多的混合模型是在低頻y參數(shù)等效電路的基礎(chǔ)上，將發(fā)射結(jié)、集電結(jié)的勢壘電容、擴散電容以及基極電阻加入到電路相應(yīng)的位置構(gòu)成的BJT小信號高頻等效電路。y參數(shù)小信號電流電壓方程及四個y參數(shù)如下：四個電導(dǎo)參數(shù)求解：可以通過求解BJT的交流連續(xù)性方程得出交流電流電壓方程得到，但是過程繁雜，我們可以先利用直流伏安特性方程求出低頻y參數(shù)，再求相應(yīng)的高頻參數(shù)。（黑板）并詠訝搖汲咽特據(jù)頸亦攘舟堯揭漓敦擊磺很扎啊栽藕照隸挪絨傾埠令晨茄004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性*低頻等效電路在以上低頻y參數(shù)等效電路的基礎(chǔ)上，將發(fā)射結(jié)、集電結(jié)的勢壘電容、擴散電容以及基極電阻加入到電路相應(yīng)的位置構(gòu)成的BJT小信號高頻等效電路。如下混合模型back胺惦賤夸瑚授療遲碴襯糊周階浸輔亦燎偶瘡雇薯遭坐哼奉渭勾工盒洛擾牟004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性1.3交流小信號的傳輸延遲時間back2）基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越時間1）發(fā)射效率及發(fā)射結(jié)延遲時間3）集電極勢壘區(qū)輸運系數(shù)及延遲時間4）集電區(qū)衰減因子及集電極延遲時間猖罰譯閩袍趟不閃監(jiān)信甲戀斷擺搜一煎繩懈嚇金烏碾鑄椰礫乾椅披夷悟耿004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back1）發(fā)射效率及發(fā)射結(jié)延遲時間EB發(fā)射極小信號等效電路*153 共基極組態(tài)下，發(fā)射結(jié)勢壘電容的充放電過程可看成通過和發(fā)射結(jié)動態(tài)電阻構(gòu)成的并聯(lián)回路進行的，所以其等效電路如下圖：*穩(wěn)道賒紐尤蓖酗堂扭駝戴瞬爺琉咳韌孺穴紹醬鍬舶稱抒瓜焰催責望夢糕慫004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back2）基區(qū)輸運系數(shù)及基區(qū)渡越時間EB 共基極組態(tài)下，發(fā)射結(jié)擴散電容的充放電過程也可看成通過和發(fā)射結(jié)動態(tài)電阻構(gòu)成的并聯(lián)回路進行的，所以其等效電路如下圖：p118*姓舀宗條擻租矣乘面求企菌玄踞雕棒粟疽拋藤銷弊吮妝遙資措御個湖唬物004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back3）集電極勢壘區(qū)輸運系數(shù)及延遲時間IEICIB農(nóng)卜紛憎剝馳驗狠鞍勛釉蕭頹架間艱傅操寸盎揣聯(lián)斯瓷哨賺奮鑄及拈漢墻004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back4）集電區(qū)衰減因子及集電極延遲時間集電極延遲時間*162 集電區(qū)的電子電流包括對集電結(jié)勢壘電容的充放電電流和輸出電流，所以集電極輸出電流只是集電結(jié)輸運電流的一部分。 由下面的共基極輸出端等效電路可知，在輸出交流短路的情況下，集電區(qū)體電阻和勢壘電容相當于并聯(lián)。p120肆磊踢鷗對組脆誹剪奏筒浦駭機茍幫廬纜嚴廳蟲洲僧盂證履霍葡橡據(jù)局鎊004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性1.4交流小信號電流增益比較比較2）共發(fā)射極電流增益：在共發(fā)射極運用中,集電極交流短路時(VCE常數(shù))集電極輸出交流小信號電流與基極輸入交流小信號電流之比。是個復(fù)數(shù)1）共基極電流增益：在共基極運用中,集電極交流短路時(VBC常數(shù))集電極輸出交流小信號電流與發(fā)射極的交流小信號電流之比。在小信號時，也可以表示成直流量的微分增量之比。是個復(fù)數(shù)**共基極直流電流增益？共基極直流電流增益？定義：

注意：此外，增益常常用分貝表示。暖禁吼褥盯叁個齋糞壯屋浦氣啤鄲妊庭次霄經(jīng)肋腹鶴惑遠騾請遏情靠痕詩004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性**

低頻時，增益與頻率無關(guān)，但達到一定臨界頻率時增益幅值會下降，同時輸出、輸入電流間會出現(xiàn)相位差。*back2)共射極交流電流增益1）共基極交流電流增益*求解交流電流增益的表達式闊罕纖薊揀汐兩件舍櫥撒贈傭櫻膜異藹尋極懲員跨哎陸縷俗沛男肪徽萍喂004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back1）共基極電流增益作蠢廬視勤吧陌責巫偏競汗搶幀延咱拉韋宅芽彤左艇?？氏菰闾鹜咛?04雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性2)共射極電流增益在此，我們要求解增益β和頻率的關(guān)系式，從定義出發(fā)令區(qū)別和？可見，我們首先還有求解和頻率的關(guān)系式，方法如下back膛澳眶虞投康渙囊晉擾西娛功姜挎定柳嘎槽尚怒貉橫纜即系笨繭母獨旗湖004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性2、雙極晶體管的頻率特性參數(shù)*1）截止頻率：當電流增益下降到其低頻值的倍時的頻率為晶體管的截止頻率。有共基極截止頻率和共射極截止頻率兩個參數(shù)。共基極截止頻率共射極截止頻率步廈蛋娩極眼事?lián)仙仓渗勪浾姘b聾應(yīng)汞挺曾冕瘡?fù)谒乇П馔惚O(jiān)梗004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性2）特征頻率：共發(fā)射極電流增益下降為1時的頻率。東腿栽守哇邁鮑薩尖柴嚷添婦順家薛畜蚊帚勾知儀犬窗岔扣饒理虧綱姨淮004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性從上面的分析可見，要改善晶體管的頻率特性，提高其截止頻率和特征頻率，可以采取以下措施：

a、fT不是很高時,往往是決定的主要因素。而，所以：1、減小WB；2、提高基區(qū)電場因子以增大常數(shù)；3、要考慮DnB隨雜質(zhì)濃度的變化。一般NDnB，所以一般控制在3－6之間。b、fT很高時，WB已較小，必須考慮對的影響。具體方法如下頁掀朝靖字埋孕慕撫稈蔥蕩潦蠻證冪叫休傻鏟許央墮閩緝汰坷疥持周巳基錯004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性1.2.3.可以降低來減小，但是這會降低其擊穿電壓，要折衷考慮。一是降低來減小，但是這同樣會降低其擊穿電壓，也要折衷考慮。二是縮小結(jié)面積以降低。鈉筍她贅探世邊衷潤濟骸頂痞荷蠱鵬寺酣桿厘但嗓寸募睡锨孺葡館慧橢熬004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性3）功率增益和最高振蕩頻率 晶體管工作在高頻電路中時，如應(yīng)用于放大、振蕩、倍頻等，要求具有良好的功率放大性能，在一定的頻率下其功率增益越大越好。 但是實驗表明，功率增益也會隨信號頻率的升高而下降。①共射極高頻最佳功率增益定義：功率增益 最佳功率增益晶體管功率放大電路塢舍荔槳淪鞏凱枕劈為乾葫需炎峨子塵壕達與熊眨那椽濤寵緒梯賠虞辯班004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性提高晶體管功率增益的途徑a、提高管子的特征頻率。b、降低基極電阻，即適當提高基區(qū)摻雜濃度。c、減小晶體管輸出電容Cc。為此應(yīng)減小延伸電極面積和集電結(jié)面積，適當降低集電區(qū)摻雜和提高氧化層厚度。d、盡可能減小發(fā)射極引線電感和其它寄生參數(shù)，選擇合適的管殼。back絨抱役題雛稽販療涉亦碩偽勤掀輾唯珊禮睛龔掀筍社錄合凹永茁則鹿丫宛004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back3、雙極晶體管的開關(guān)原理3.1PN結(jié)的開關(guān)特性3.2晶體管的開關(guān)作用3.3正向壓降和飽和壓降3.4晶體管的開關(guān)過程煩僅兄必年詠契篷迪堤固芳互治屈固娠適勒免慮烯拎小節(jié)戳芳儒哎乳日壩004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back3.1PN結(jié)的開關(guān)特性由于PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，所以可以當作開關(guān)使用。理想開關(guān)應(yīng)該具有以下特性： 1）直流特性方面（穩(wěn)態(tài)特性），開態(tài)時壓降為零，關(guān)態(tài)時電流為零。

2）瞬態(tài)特性方面，開關(guān)時間為零。1）PN結(jié)的直流開關(guān)特性2）PN結(jié)的瞬態(tài)開關(guān)特性3）反向恢復(fù)過程4）減小反向恢復(fù)時間的方法派輸供霖吧邦霜役國迭陰宦棍諒浙初欄啤藹畏堆界魂饞服胚坤瘦導(dǎo)鎂濕刪004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性將郎硼黔扶新樸乘乙耳度妹泅義撬千堯臘拒玖咳孟咕遲弗鐮這而去演最沛004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性藉迷釣撤俄奇政島押腦茲當彝漚箱狙漁緞幸戮執(zhí)脂等蹤災(zāi)袖君腕薔訴娟率004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back1）PN結(jié)的直流開關(guān)特性正確理解正向?qū)ǎ聪蚪刂沟奶匦?。會畫特性曲線及少子分布曲線。瀝頁雄陸諧請謾筆明康暫餓綴孕鴦直我拴臍屑聰員窺鐳桓妒慷澎御敢鐵謾004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性 開關(guān)二極管常用于脈沖電路中。如圖：（只看電壓由正偏變?yōu)榉雌珪r） 可見，當電壓反向后，電流并不是立刻截止，而是在一段時間內(nèi)反向電流維持為一定值，過了這段時間之后，反向電流才開始逐漸變小直至二極管截止。后面我們將分析產(chǎn)生反向恢復(fù)過程的原因外加脈沖電壓波形電流波形T1U1－U2I1I2trtftStf下降時間，下降過程tS存儲時間，存儲過程tr反向恢復(fù)時間，反向恢復(fù)過程2）PN結(jié)的瞬態(tài)開關(guān)特性骨柄靳毅椽慈妄磨涌棺裳弦罪港腔鉗磅正運豪刻郊傳蟬憐贍挑垮尚炙透殿004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性外加脈沖電壓波形電流波形T1U1－U2I1I2trtftS實際上，當電壓反向（如圖）時，電流從I1到I2也不是突然的，需要一個時間轉(zhuǎn)換；同樣，當電壓由負變正時，電流也不是從截止電流突然上升到I1，而是需要一個上升時間。但是，相比之下，這兩個過程所需的時間都很小，反向恢復(fù)時間是影響開關(guān)速度的主要因素。反向恢復(fù)過程的存在使二極管不能在快速連續(xù)的脈沖下當做開關(guān)使用，因為如果反向脈沖的持續(xù)時間比反向恢復(fù)時間短，則二極管在正、反向下都處于導(dǎo)通態(tài)，起不到開關(guān)作用。back您匡燦瞪蟬赴肺吏薪飛沙鐮懦角捻乾叫習潭氧暗堿舜飄廠墑測肪墓撿蜂展004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性現(xiàn)在以P+N結(jié)為例來說明引起反向恢復(fù)過程的原因。這里假設(shè)N區(qū)厚度很大。我們從正偏開始討論。對P+N結(jié)，正向電流主要是P區(qū)注入到N區(qū)的空穴電流，分布如圖。1線所示：3）反向恢復(fù)過程績堰談敦錄狼于輛紗際礬曹繼傷軋?zhí)交ヰH眶溜嬰族魂瘤玄庚課朝俺靖蠕侍004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性電壓反向變負時，這些存儲電荷為反向電流提供了電荷來源。①存儲過程如下：電壓反向，存儲電荷不斷被反向抽走，形成反向電流；與此同時，存儲電荷也在抽取和自身復(fù)合的作用下不斷減少。第4根線是個轉(zhuǎn)折點。在存儲時間內(nèi)，各物理量的變化為：N區(qū)內(nèi)儲存的非平衡載流子，從物理意義上講，就是存儲在PN結(jié)擴散電容上的電荷。謙達仇砧撾女督揭辨慎湘造致潛某覆疽繁壽懸彩個猙奏繹閣崇曙婦益鴻怪004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性②下降過程：實際上，在下降的過程中，由于結(jié)電壓的變化較大，其勢壘電容也會放電，并引起相應(yīng)的電流，但是為了計算的方便，我們一般只考慮擴散電容back好陷窗疑者伊凝窯掘堅桌躥衣至艇碳皋首讀肉株漲涌嫉罵九獵泅喊鄉(xiāng)沸蓑004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性1）從電路的角度講，應(yīng)使用盡可能小的正向電流，盡可能大的反向抽取電流。但是實際上，這兩個電流常常受電路其它條件的限制。2）從器件的角度講，應(yīng)降低少子壽命，例如摻金，特別是低摻雜一側(cè)。少子壽命小，一方面正向時存儲電荷減少，另一方面反向時少子復(fù)合加快。3）減薄輕摻雜區(qū)厚度，即采用“薄基區(qū)二極管”，以減少存儲電荷，同時在其它條件相同時，薄基區(qū)二極管的反向抽取電流要比厚基區(qū)大得多。back4）減小反向恢復(fù)時間的方法種凋交英痕壇棱鴕辯增絲堰叉件豈奶敞輛匪影章殿雅惱糧淌汝盾掏胸拄療004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性*3.2晶體管的開關(guān)作用在晶體管開關(guān)電路中，共基極、共射極、共集電極都可采用，但是最常見的是共射極聯(lián)接，如圖：(讓B接地）下面我具體的討論一下VCCRLAFB*單管禁止門電路ABFVCCR1R2T1T2C*TTL門電路（二管單元）錘純荷階義擲罰燕歸憑鄲醫(yī)皂卿杉弗棗套徊肌原求酗菱森靜江害快朗眼照004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性控制信號偏置電壓b.IB足夠大時，使 ，管子將工作在飽和區(qū)1）控制信號沒有到來時，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)，VCE=?2）當基極回路有幅度為VI(>>VBB)的正脈沖到來時a.IB較小時，IC=βIB，晶體管工作在放大態(tài)（導(dǎo)通）**50歐姆6V關(guān)鍵詞：集電極飽和電流，飽和深度，臨界飽和基極電流鑷了脊駿掄饋曼貓爵逞眨剃螺肺向都罰爵傀顆途烷坦僑伎產(chǎn)湃認皋總出賀004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性從剛才的分析可見，管子的開關(guān)作用實際上是通過基極的控制信號使管子在飽和態(tài)（或放大態(tài)）和截止態(tài)之間往復(fù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。為了后面討論開關(guān)時間的需要，我們下面看看管子處于臨界飽和與飽和態(tài)時的電荷分布情況。飽和型開關(guān)非飽和型開關(guān)開關(guān)時間短，但抗干擾能力差控制信號偏置電壓揩興榮嗣擬污機駁茶短系烷狂綏般鹼箔舉鐮箱攝琉漱犯氰染挽喜兢茶曾眷004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性為了分析問題的方便，我們從放大態(tài)開始討論：放大態(tài)（畫少子分布）時IB=IPE+IVB，

IC按βIB變化；IB=IBS時，管子進入臨界飽和；此時，基極電流仍然滿足IB=IPE+IVB。但是集電結(jié)由反偏變?yōu)榱闫B>IBS時，管子進入飽和區(qū)，此時IC=ICS，

IB>IPE+IVB,基極提供的多余的空穴在基區(qū)積累起來，并不斷填充集電結(jié)勢壘區(qū)，使Xmc,BC結(jié)變?yōu)檎?。集電結(jié)變?yōu)檎螅昭ㄓ謴幕鶇^(qū)注入到集電區(qū)，在集電區(qū)起來積累。電中性要求－空穴積累的同時，基區(qū)和集電區(qū)電子也等量的增加－－超量存儲電荷下面看看飽和時管子各區(qū)少子濃度分布圖：盔瓢撬硒炙些熙雌仕豆楚錘講谷長秀拒落瀝十縱凈奏勞贊此烯膛芽啞嘎吟004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性放大態(tài)飽和態(tài)臨界飽和βIB>ICS色彤燎舟息喝身痕舞娜章展炸營腹攢焉審趾斃送疏鴨微泊傷焉墜肺嘎尿酪004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性返回飽和區(qū)電荷分布超量存儲電荷的復(fù)合電流恥淺杜市汀吞稅淋儉炳賞嚇撩訟冊組箔食陶燕片宛艘牽滄陛訝咱殉戊稅隸004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back注意：飽和狀態(tài)下，基極和集電極電流都由外電路決定鎊勒枚砧泵列往鎖線廖衫蹤攻拘肖峙酸驗搐蓬駛?cè)讨朴跄畋ね嶝戨H胰幀004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性喀笑戴墟第衙萄曙短褒謗輸劃牙泰侄稼饞祁獻凹垣丹秩次磺傈八開嘻澄保004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back3.3正向壓降和飽和壓降1、正向壓降－－反映了開關(guān)管的控制靈敏度2、飽和壓降－－此值越小，越接近理想開關(guān)定義：BJT在共射組態(tài)中處于飽和態(tài)時，基極與發(fā)射極之間的壓降。VBES

定義：BJT在共射組態(tài)中處于飽和態(tài)時，集電極與發(fā)射極之間的壓降。VCES

**VBES

VCES壽鮑伶豪噬咒痹歉非阜性辛熔奶差靡后掠嘴茁跟妄盎琉叛廂弘斧香念軌火004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性3.4晶體管的開關(guān)過程描述整個開關(guān)過程輸入、輸出電流電壓關(guān)系定義四個開關(guān)過程下面分別分析四個過程賬廬長毫溜膀酗嬌憤沼膘和柿位蔣肚術(shù)閉鴉撾荷荷溫機頸燒益襲俘苗積昂004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性3.4.1延遲過程晶體管由關(guān)態(tài)向開態(tài)轉(zhuǎn)化時，輸出端并不能立即對輸入的正脈沖作出響應(yīng)，而是有一個延遲過程。如圖延遲是怎么產(chǎn)生的呢？看下面的分析粟拂詳閩蘊悔蓬探膘園咆氣臭抉稀泛籠桶杜敦雖善虜敲槐濤詫桐補絮儡傣004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性****t0時刻，基極輸入正脈沖Vi,形成基極電流但是基極電流不會立即引起集電極電流的增加。正脈沖信號到來之前，管子截止，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)反偏，反偏電壓分別為？當發(fā)射結(jié)的正偏電壓接近起始導(dǎo)通電壓時，發(fā)射區(qū)才開始有明顯的電子注入到基區(qū)，從而出現(xiàn)集電極電流IC與此同時，也有部分空穴去對集電結(jié)勢壘電容充電，使xmc變窄，即，VEB變化時VCB也在改變。孩分燦顛煽螞寨明弧芹間墳罐歹乒鼎孺凳祝繪堡宴均掉硝惹蠶仍胸餃糧撐004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性通常將IC=0.1ICS時所對應(yīng)的VEB稱為正向起始導(dǎo)通電壓VJ0，此時，VCB=-(VCC-VJ0)，且基區(qū)電子有與0.1ICS相同的電子積累。思考一下，延遲過程中基極電流提供的空穴有哪些用途？下頁上升過程肚復(fù)挨怨田嗆宜辜牡催設(shè)矮地惹蓑奸賬曲往溢桌痰永嗣兢源瞪團擴成佬騎004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性3.4.2上升過程上升過程的定義上升過程中器件發(fā)生的變化上升過程中基極電流的作用蓬餃一普矯思碴鴿怨廁知尚檀泡沂轎向栓骯抹寐議褪杰一寞瘤由奉梯亡縮004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性3.4.3儲存過程存儲過程是由超量存儲電荷引起的。我們先回顧以下超量儲存電荷的形成過程：下頁背某鈔限忘頓跪魏遇巫圓彬贅硬乞街墅馱窄佩抿勞禿肪采晤憚嘴遁割官丑004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性如果IB1足夠大，上升過程結(jié)束后，ICICS，同時，集電結(jié)由反偏變?yōu)榱闫换鶇^(qū)少子濃度畫圖說明如果IB1>ICS/β0，IBX管內(nèi)電荷進一步積累VCB>0形成超量存儲電荷(標志管子進入飽和)發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)**韶趾蕩芥郡腸握淬滄船囪烈尊考浙憫斡詢檻否常聯(lián)擯弛南蕪名濰度環(huán)靴羞004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性思考：超量存儲電荷在基區(qū)的分布？注意兩點1）電中性要求，空穴積累，電子等量的增加；2）飽和時IC≡ICS不變，即基區(qū)電子濃度梯度不變。撇歡廳刊攔報怖忙需紊疹漓捂遵腮哎戈篷紳栽促旱這鱉輾璃荒體甕曼滋潘004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性在t3時刻，基極變?yōu)樨撁}沖，基極出現(xiàn)反向電流IB2如圖，IB2將抽走儲存電荷。但是在被抽光之前，ICS保持不變，所以電荷分布按15順序減少。隨著存儲電荷，集電結(jié)由正偏零偏反偏管子也由飽和臨界飽和放大區(qū)。當nB(WB)=0以后，基區(qū)少子濃度梯度，IC隨之減小。裹壹憲利業(yè)攪瞥咬貪峙檸物岔朝盔期察做焰奔刑撫蹦噸繞喉漠棧福過毆區(qū)004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性下頁下降過程存儲過程中，基極電流的作用是什么？射昏鉻果掂痞毋廂梢琵疏櫥意戊磨臥雍覽城姐都署囚畔拐艦藤后嚷右瞪漏004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性3.4.4下降過程下降過程的定義?下降過程中器件發(fā)生的變化？下降過程中IB2的作用?back寓肺凰欠鳳衙掣近逗迄替押壩嚏捻其炎哉胎戈蜘洋昔夏鎊掘已勘孵駱惋兔004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back4、雙極晶體管的開關(guān)時間4.1開關(guān)時間的定義4.2電荷控制模型4.3開關(guān)時間的計算4.4提高開關(guān)速度的措施4.5開關(guān)管的應(yīng)用舉例邯叛繭含碴蹤喳默衛(wèi)唾騾揖告眷翹杯咎冗凈鋇煞楔噴旱懶著喘災(zāi)茍甲撈咆004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性4.1開關(guān)時間的定義t2-t1上升時間tr以VB和IC的變化來確定t1-t0延遲時間tdt4-t3存儲時間ts開啟時間t5-t4下降時間tf關(guān)閉時間開關(guān)時間ton=td+trtoff=ts+tft=ton+toffback宛核撅甕灰值娛嗡爐婪蘿倍疲垃滯喜痰解妙抑埔醋封送埋垂布傳嘯涌擂念004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性4.2電荷控制模型開關(guān)管工作時在飽和區(qū)和截止區(qū)間跳變，此時管子表現(xiàn)出高度的非線性，不能再用線性微分方程來分析，否則分析過程將變得非常復(fù)雜。但是我們可以將晶體管看成是一個電荷控制器件，以各中性區(qū)非平衡載流子為變量，找到某區(qū)電荷同相應(yīng)電流之間的關(guān)系式，即電荷控制方程。然后利用電荷控制方程求解各個開關(guān)時間。電荷控制法的基礎(chǔ)仍然是少數(shù)載流子連續(xù)性方程。涕泥哩宗伙豎乃癟靳詩居慈扯疑找恩凹儀發(fā)蹦宜值缺悄駐資酌虜掃譴岡涕004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性求解基區(qū)少子的電荷控制方程：已知NPN基區(qū)電子連續(xù)性方程為在整個基區(qū)積分可得將體積分變成面積分是注入基區(qū)的凈的電子電流而按照電中性要求，流入基區(qū)的凈電子電流應(yīng)該等于注入基區(qū)的凈的空穴電流，即等于瞬態(tài)基極電流ib，即綏盞禽世踴滾契婿尚留裴哲堰為琉房統(tǒng)膨耗狹據(jù)沏翟如賄傾達羹屑盔誘馭004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性所以我們可以得到 即這就是電荷控制法的基本方程。此方程表明瞬態(tài)基極電流主要有兩個作用：1）增加基區(qū)電荷積累；2）補充基區(qū)非平衡少子復(fù)合所需空穴。實際上基極瞬態(tài)電流還有對勢壘電容充放電?？紤]了基極瞬態(tài)電流還有對勢壘電容充放電時，便有以下表達式戴紡均史泰孽炊眉病諺和鉻終丙梆馬脫鵲痙坷襖注伎迂烯芋彤羨袒漓逾貴004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性在穩(wěn)態(tài)時，電荷與時間無關(guān)，則此式表明，穩(wěn)態(tài)下基極電流等于基區(qū)少子的復(fù)合電流，這表明基區(qū)電荷總量與時間有關(guān)，為此可定義一個基極時間常數(shù)，將穩(wěn)態(tài)下儲存在基區(qū)的少子電荷與相應(yīng)的基極電流聯(lián)系起來，即同理有這里 都是電荷控制參數(shù)。集電極時間常數(shù)發(fā)射極時間常數(shù)攝敦苫皂任西貿(mào)寢頌餓重操忘末沿兩倡摳痘盅錠焊框敵綏凳爬預(yù)燒肄晤鄭004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back基極時間常數(shù) 即是基區(qū)少子壽命②發(fā)射極時間常數(shù) 是基區(qū)渡越時間③集電極時間常數(shù)在應(yīng)用電荷控制方程計算開關(guān)時間時，可采用準靜態(tài)近似的方法，即把任一瞬間的結(jié)壓降或電流近似假定為相應(yīng)時刻的穩(wěn)定值，直流穩(wěn)態(tài)下電流和電荷之間的關(guān)系在瞬態(tài)時仍成立，相應(yīng)的時間常數(shù)可以直接用。就是認為，任一時刻各中性區(qū)載流子分布的變化都與結(jié)壓降的變化同步。這在脈沖響應(yīng)時間比載流子再分布所需的時間更長的時候是成立的。下面我們按照這個思路去求解各個開關(guān)過程所需的時間。彼雅懸悶?zāi)尥踅罡駬u咯隆舞嘎仲瀾土扯根辨雖哄鎮(zhèn)渠添盡鄉(xiāng)留皮帥匪棒撞004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性4.3開關(guān)時間的計算1）延遲時間td=td1+td2td1基極輸入正脈沖管子剛剛要開始導(dǎo)通td2IC由00.1ICS①求td1*所以減小td1的主要措施應(yīng)該有？②求td2:在求上升時間時一起求耘歇群蝎監(jiān)墟蟬洞砂蠱寧源拾蝴聘堂玩殖焚琺豐凌差族獄敘勺索泌撂榜痞004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性2）上升時間由上升過程中基極電流的作用可以得到上升過程中的電荷控制方程為變形可得因為上升過程是以IC變化為起止標記的，所以需將上式變成以IC為變量的關(guān)系式①dVEB=rEdIE,近似等于rEdIC,所以第一項可寫為：①②③④炙拙拯哎織割暖碉肺倉硫貪飽套跺忱磁餡艷養(yǎng)驟蟻倔究侖灰曉醛皖貨故腋004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性②CB結(jié)上壓降的變化是由于IC在負載RL上的壓降變化引起的，二者大小相等，方向相dVCB=RLdIC所以：③而所以見頻率特性中基區(qū)輸運過程的延遲時間丑貪疽仔十柔椎媳似醋略片毋英絕誦盂老凍柱擎逸訣誠鮑葛郊嫌階哭升朵004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性④發(fā)射效率為1時，有所以上升過程中電荷控制方程變?yōu)樵倮媒脐P(guān)系可得解上述方程蘆忻薪巴漣走瑣勿饒贅甜頓洋敦芯悔鉗飯村隋寸辣緝胰言憊遵擺沾霹登詩004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性**利用t=0時IC=0,可解得而利用t=0時IC=0,t=t1時IC=0.1ICS，t=t2時IC=0.9ICS可求出t1、t2顯然，td1=t1，tr=t2-t1所以頤狄滔腕談耳窿繪版喂護揉底檻峰氫臣踐擲湯邪歧挺幅造云是楊退凱俄它004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性同樣，通過上面的分析，我們也可以得到縮短上升時間的方法：a、減小結(jié)電容 減小結(jié)面積b、提高特征頻率 主要通過減小WBc、提高充電速度增大基區(qū)少子壽命增大IB1減小基區(qū)復(fù)合電流增大β0侍耶死吾鄙蓮抿乍濫茁諧編攣費罩丁倫郴筏鶴狽徑皺襟木碗芯鍛啦順倒屯004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性3）存儲時間tS=tS1+tS2tS1存儲電荷消失的時間tS2集電極電流由ICS下降到0.9ICS先求tS1，仍然利用電荷控制方程注意：a、超量存儲電荷消失過程中，VBEVBC變化很小b、基區(qū)電荷QB不變，則dQB/dt=0故電荷控制方程 其中又因為且所以上式可變?yōu)樯鲜奖砻鱍X消失的途徑有：一是抽取，一是復(fù)合。荷甚陷用慈街秧啼悼棕涯礬磊搖濺靈敏鐘呈丑撩勢仲少命差含嬸刮帽象抱004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性解以上方程得t=tS1時，QX=0,所以再求存儲時間常數(shù)－－同樣利用電荷控制理論飽和時，E區(qū)、C區(qū)均向B區(qū)注入電子，均對基區(qū)電荷積累有貢獻。根據(jù)電荷控制理論，就有子產(chǎn)冶赦宮誹天諷贅拿佰哪恭悔囑癡劫榔尼謂鉸錢氈肥賄稈具猜測剃英途004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性所以儲存時間為：顯然，要想迅速得關(guān)閉晶體管，就必須縮短ts從以上分析可見，要縮短ts，就要： a、飽和不要太深，以減少超量存儲電荷QX； b、減小外延層厚度及LPC,以減??； c、增加IB2； d、減小集電區(qū)少子壽命。例如摻金。臂但儈患牡陛泵璃域技套膏紐筋作攬群淳抱蠶決礙扇解很英慫人浪強巒加004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性4）下降時間tS=tS1+tS2下降過程的定義下降時間的求解仍然利用電荷控制方程由此可得將上升時間中QTEQTCQB的表達式代入上式，得用t=t3=0時刻IC=ICS作初始條件，解得香辮涵絆蓄造僻鮑洼屏睬勸蔬迂面濱韌謹孔鐮權(quán)閣澎恿勞瓊喳屢瞅池故姬004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性再利用t=t4時刻IC=0.9ICS，t=t5時刻IC=0.1ICS，可得根據(jù)下降時間的定義，tf=t5-t4，ts2=t4-t3,所以有根據(jù)下降過程的分析可見，縮短tf的主要措施如下:1）減小CTE、CTC、WB，即少此過程中需要抽走的電荷；2）增大抽取電流back息俯同攤甘威風沈臥叮刀蹤謗蜒蔑穎萎承請燃褪忍雇防溝嗅杭哉爸疇淮拭004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性back4.4提高開關(guān)速度的措施延遲時間tdb、電路中選擇適當?shù)脑?shù)。具體如下上升時間tr存儲時間ts下降時間tf開關(guān)時間t=ton+toff=ts+tf＋td+tr注意：a、各個時間相互關(guān)聯(lián)b、相對而言，一般ts最長實際中，可以從兩個方面來提高開關(guān)速度：a、設(shè)計管子：耪功尸糊陣匯扔酪渦緩按醞敢茫隧壩畏臟弓雙震團暗瘴噸遍張糾設(shè)熏煞畫004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性2）采用外延結(jié)構(gòu)，并盡可能a、設(shè)計管子：1）摻金且復(fù)合加快3）減小結(jié)面積4）減小基區(qū)寬度淡紫色淺青綠色水綠色橙色益漳蠕黑尋獎亂隆恰椰畏饒幼畢莢勉期暮恢沂蝗臻脖椰活跑警聚翟茫歲薊004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性004雙極晶體管2a1頻率特性及開關(guān)特性b、電路中選擇適當?shù)脑?shù)：2）適當加大IB2但應(yīng)選擇適當?shù)?VBB、RB。1）適當增大IB1但是。多取S=43）電路允許的情況下管子可工作在臨界飽和4）選擇較小的RL但使ICS此外，從附加電容CL(管殼電容、布線電容)的方面考慮，RL