bjt的開關(guān)應(yīng)用性能

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1、BJT的開關(guān)應(yīng)用性能XieMeng-xian.（電子科大，成都市）我們知道，BJT作放大應(yīng)用時，基木耍求是工作點必須處在放大狀態(tài)范圍內(nèi)，并且工作點要具有足夠的穩(wěn)定性，以保證BJT能夠放大信號，而且不會產(chǎn)生信號失真。BJT在作開關(guān)應(yīng)用時，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、制造和使用BJT及其邏輯電路時必須理解的。（1）對開關(guān)BJT的要求：對開關(guān)BJT的基本要求應(yīng)該冇四個方而：①BJT在關(guān)斷狀態(tài)時截止電流很小、電阻很人。理想情況應(yīng)該是截止電流=0,電阻=8。②BJT在導(dǎo)通狀態(tài)時電流很大、電阻很小。理想情況應(yīng)該是導(dǎo)通電阻=0,導(dǎo)通壓降=0。③BJT能開、能關(guān)。作為三端器

2、件的BJT,應(yīng)該能夠使用輸入電壓或電流來控制輸出的導(dǎo)通與截止，否則BJT就不能用于邏輯電路。④BJT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)電路的動態(tài)功耗將越?。ㄒ驗殛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態(tài)功耗），因此，BJT作為-個好的開關(guān)應(yīng)用時，應(yīng)該是開關(guān)速度很高的。（2）BJT實現(xiàn)開關(guān)工作的必要條件：對于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?。?。BJT的某本開關(guān)電路是發(fā)射極接

3、地的組態(tài)，如圖1所示（注意：集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏）。①當(dāng)BJT的兩個p-n結(jié)都反偏時，晶體管就進入到截止?fàn)顟B(tài)——關(guān)斷狀態(tài)。②當(dāng)BJT的兩個p-n結(jié)都正偏時，晶體管就進入到飽和狀態(tài)——導(dǎo)通狀態(tài)。③如何使得BJT能開和能關(guān)呢？因為BJT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?？梢姡瑸榱耸笲JT能夠開和關(guān)，也就是要求通過基極電流能夠驅(qū)動晶體管在截止?fàn)顟B(tài)與飽和狀態(tài)之間進行轉(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，集電結(jié)也可以0偏），發(fā)射結(jié)正偏（在

4、集電結(jié)反偏時，發(fā)射結(jié)也可以0偏）；這樣就可以借助改變基極電流來移動工作點，使得品體管在截止?fàn)顟B(tài)與飽和狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換——開關(guān)工作。因為品體背的集電結(jié)本來就是反偏的，則只要發(fā)射結(jié)反偏，即可去掉基極電流，就可以實現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)（雖然可能存在著一定的關(guān)斷時間）。而晶體管要進入導(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，因為若輸入的基極電流尚不足以在基區(qū)（和集迫區(qū)）中產(chǎn)生一定的超量存儲電荷、而驅(qū)使晶體管進入飽和狀態(tài)（集電極也正偏）的話，那么就不能實現(xiàn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)一一開啟。因此，相對來說，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，難點主要是耍能夠把器件從截止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動到飽和狀態(tài)

5、——開啟。那么,開啟BJT所需要的基極驅(qū)動電流究競要多大呢?由于BJT在飽和狀態(tài)時的輸出電流恒定（基本上決立于偏壓VCC和負載電阻RL）,叩為（見圖1）：Ic飽和QVcc/Rl=常數(shù)如果冇基極電流IB驅(qū)動晶體管由放大狀態(tài)（電流放犬系數(shù)為0）進入到飽和狀態(tài)，則在臨界飽和時，輸出電流可表示為：Ic飽和PVqq/'Rl=PIbs于是，品體管的臨界飽和驅(qū)動電流IBS為：1岀=Ic飽和■'''B=『cd（BRl）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)動電流，即：Ib:'Ibs=Ic飽和■'B—'cc''（BRl）或者BIb〉Ic飽和=°cc/Rl這后一個關(guān)系即表明：只

6、要基極電流的B倍大于輸出飽和電流時，BJT就進入到了飽和狀態(tài)。這也是BJT是否處于飽和狀態(tài)的一個判據(jù)。【說明1】BJT的飽和深度（飽和程度）與基極驅(qū)動電流大小有關(guān)：基極電流比臨界飽和驅(qū)動電流大得越多，品體管基區(qū)屮的超雖存儲電荷就越多，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)動屯流大得不命時，晶體管基區(qū)中的超曲存儲電荷較少，則稱為淺飽和。BJT的飽和程度往往用所謂“飽和度"s來表征，立義：s=IbIbs=BIbIc飽和顯然，飽和度s越大，集電結(jié)的正向電壓降就越大，于是BJT的飽和壓降也就越低（對于Si-BJT.一般飽和壓降約為0.3V,深飽和時約為0.1V）o但

7、是，在s很大時，基區(qū)和集電區(qū)中的超量存儲電荷就會很多，則BJT的關(guān)斷時間（主婆是存儲時間）也就會較長。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載電阻冇反比關(guān)系，所以在負戟電阻較大時，BJT的飽和電流將較小。這就是說，飽和電流可以很大，但不一定在任何時候都很大。因此，對于很大負載的BJT,即使基極電流