《極管MOS管開關(guān)》課件

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1、晶體三極管的開關(guān)特性晶體三極管由集電結(jié)和發(fā)射結(jié)兩個PN結(jié)構(gòu)成.根據(jù)兩個PN結(jié)的偏置極性,三極管有截止、放大、飽和三種工作狀態(tài)。下圖給出了用NPN型共發(fā)射極晶體管組成的簡單電路及其輸出特性曲線。三極管靜態(tài)特性當(dāng)輸入電壓Ui=-VB時三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反向偏置(VBE<0,VBC<0),只有很小的反向漏電流IEBO和ICBO分別流過兩個結(jié),故ib和iC接近零，VCE=VCC對應(yīng)于A點(diǎn)。這時集電極回路中的c、e極之間近似于開路，相當(dāng)于開關(guān)斷路。三極管的這種工作狀態(tài)稱為截止。當(dāng)輸入電壓Ui=+VB2時,調(diào)節(jié)Rb,

2、使iB=VCC/βRC,則三極管工作在C點(diǎn),集電極電流iC已接近于最大值VCC/RC，由于iC受到RC的限制，它已不可能象放大區(qū)那樣隨著iB的增加而成比例地增加了，即認(rèn)為集電極電流已達(dá)到飽和，對應(yīng)的基極電流稱為基極臨界飽和電流IBS(VCC/βRC)，而集電極電流稱為集電極飽和電流ICS≈(VCC/RC)。此后，如果再增加基極電流，則飽和程度加深，但集電極電流基本上保持在ICS不再增加，集電極電壓VCE=VCC–ICSRC=VCES≈0.2~0.3V這個電壓稱為飽和壓降。它也基本上不隨iB增加而改變。由于VCES

3、很小，集電極回路中的c、e極之間近似于短路，相當(dāng)于開關(guān)閉合一樣。三極管的這種工作狀態(tài)稱為飽和。三極管截止?fàn)顟B(tài)等效電路晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)的特性稱為開關(guān)特性，相當(dāng)于一個由基極信號控制的無觸點(diǎn)開關(guān)，其等效電路如下(1)截止?fàn)顟B(tài)的三極管等效電路。ib≈Rb0CUCE≈VCCEiB≈0RbBRCVcc三極管飽和狀態(tài)等效電路晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)的特性稱為開關(guān)特性，其等效電路如下(2)飽和狀態(tài)的三極管等效電路。(+)0.3VE(-)(+)0.7V(-)RbBRCCRb(+)0.7V(-)(+)0.3V(-

4、)Ucc三極管動態(tài)特性Ⅰ晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中具有的特性稱為三極管的動態(tài)特性。三極管和二極管一樣，管子內(nèi)部也存在著電荷的建立與消失過程。因此，飽和與截止兩種狀態(tài)也需要一定的時間才能完成。如在左上圖所示的電路輸入端加入一個理想的方波,其幅度在-VB1和+VB2之間變化,則輸出電流ic的波形已不是和輸入波形一樣的理想方波見左下圖。三極管動態(tài)特性Ⅱ從左圖可知波形起始部分和平頂部分都延遲了一段時間,上升和下降沿都變得緩慢了。為了對三極管的瞬態(tài)過程進(jìn)行定量描述，通常引入以下幾個參數(shù)來表征：延遲時間td——

5、從+VB2加入到集電極電流ic上升到0.1ICS所需時間；上升時間tr——ic從0.1ICS上升到0.9ICS所需時間;存儲時間ts——從輸入信號降到-VB2到ic降到0.9ICS所需時間;下降時間tf——從ic從0.9ICS下降到0.1ICS所需時間。三極管動態(tài)特性Ⅲ延遲時間td：當(dāng)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)時，發(fā)射極反偏，空間電荷區(qū)比較寬。當(dāng)輸入信號ui由-U1跳變到+U2時，由于發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)仍保持在截止時的寬度，故發(fā)射區(qū)的電子還不能立即穿過發(fā)射結(jié)到達(dá)基區(qū)。這時發(fā)射區(qū)的電子進(jìn)入空間電荷區(qū)，使空間電荷區(qū)變窄，然后發(fā)

6、射區(qū)開始向基區(qū)發(fā)射電子，晶體管開始導(dǎo)通。上升時間tr：發(fā)射區(qū)不斷向基區(qū)注入電子，電子在基區(qū)積累，并向集電區(qū)擴(kuò)散，形成集電極電流ic。隨著基區(qū)電子濃度的增加，ic不斷增大。三極管動態(tài)特性Ⅳ存儲時間ts：經(jīng)過上升時間后，集電極電流繼續(xù)增加到Ics，這時由于進(jìn)入了飽和狀態(tài)，集電極收集電子的能力減弱，過剩的電子在基區(qū)不斷積累起來，稱為超量存儲電荷，同時集電區(qū)靠近邊界處也積累起一定的空穴，集電結(jié)處于正向偏置。當(dāng)輸入電壓ui由+U2跳變到-U1時，上述存儲電荷不能立即消失，而是在反向電壓作用下產(chǎn)生漂移運(yùn)動而形成反向基極電流，

7、促使超量存儲電荷泄放。在存儲電荷完全消失前，集電極電流維持Ics不變，直至存儲電荷全部消散，晶體管才開始退出飽和狀態(tài)，ic開始下降。下降時間tf：在基區(qū)存儲的多余電荷全部消失后，基區(qū)中的電子在反向電壓的作用下越來越少，集電極電流ic也不斷減少，并逐漸接近于0。三極管動態(tài)特性Ⅴ上述四個參數(shù)稱為三極管的開關(guān)時間參數(shù)，我們從圖上看到，它們都以集電極電流ic變化為基準(zhǔn)的。通常把ton=td+tr稱為開通時間，它反映了三極管從截止到飽和所需的時間。而把toff=ts+tf稱為關(guān)閉時間，它反映了三極管從飽和到截止所需的時間。

8、開通時間和關(guān)閉時間總稱為開關(guān)時間，它隨管子類型不同而有很大差別，一般在幾十至幾百納秒的范圍，可以從器件手冊中查到。MOS管的開關(guān)特性Ⅰ靜態(tài)特性MOS管作為開關(guān)元件，同樣是工作在截止或?qū)▋煞N狀態(tài)。由于MOS管是電壓控制元件，所以主要由柵源電壓UGS決定其工作狀態(tài)。圖為由NMOS增強(qiáng)型管構(gòu)成的開關(guān)電路。當(dāng)UGS小于NMOS管的啟動電壓UT時，MOS管工作在截止區(qū)，iDS基本