半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性

數(shù)字電子技術(shù)第二章第一小節(jié)半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性第七講

邏輯門(mén)電路（二極管、三極管的開(kāi)關(guān)特性）第二章邏輯門(mén)電路以半導(dǎo)體器件為基本單元，集成在一塊硅片上，并具有一定邏輯功能的電路由分立的二極管、三極管或MOS管等元件組成的門(mén)電路在邏輯代數(shù)中，邏輯變量的取值不是0就是1，是一種二值量。它對(duì)應(yīng)于數(shù)字電路中電子元件的開(kāi)關(guān)（即電子開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)、閉合）兩種狀態(tài)。能實(shí)現(xiàn)開(kāi)、關(guān)狀態(tài)的電子元件稱(chēng)為電子開(kāi)關(guān)。二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管在數(shù)字電路中就是構(gòu)成這種電子開(kāi)關(guān)的基本開(kāi)關(guān)元件。理想的開(kāi)關(guān)：閉合時(shí)：開(kāi)關(guān)兩端電壓為0；斷開(kāi)時(shí)：流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流為0；兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換瞬間完成。2.1半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性

（二極管與三極管）一、二極管的開(kāi)關(guān)特性1．二極管的靜態(tài)特性2．二極管開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性二、三極管的開(kāi)關(guān)特性1．三極管的三種工作狀態(tài)2．三極管的動(dòng)態(tài)特性(1)加正向電壓VF（VF

>0.5V）時(shí)，二極管導(dǎo)通，管壓降VD可忽略。二極管相當(dāng)于一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。2.1.1二極管的開(kāi)關(guān)特性

1．二極管的靜態(tài)特性

可見(jiàn)，二極管在電路中表現(xiàn)為一個(gè)受外加電壓vi控制的開(kāi)關(guān)。當(dāng)外加電壓vi為一脈沖信號(hào)時(shí)，二極管將隨著脈沖電壓的變化在“開(kāi)”態(tài)與“關(guān)”態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程就是二極管開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性。(2)加反向電壓VR或正向電壓<0.5V時(shí)，二極管截止，反向電流IS可忽略。二極管相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。

給二極管電路加入一個(gè)方波信號(hào)，電流的波形怎樣呢？ts為存儲(chǔ)時(shí)間，tt稱(chēng)為渡越時(shí)間。tre＝ts十tt稱(chēng)為反向恢復(fù)時(shí)間2．二極管開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性

反向恢復(fù)時(shí)間：tre＝ts十tt產(chǎn)生反向恢復(fù)過(guò)程的原因：反向恢復(fù)時(shí)間tre就是存儲(chǔ)電荷消散所需要的時(shí)間。

同理，二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄒ残枰獣r(shí)間，這段時(shí)間稱(chēng)為開(kāi)通時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間比反向恢復(fù)時(shí)間要小得多，一般可以忽略不計(jì)。2.1.2三極管的開(kāi)關(guān)特性1．三極管的三種工作狀態(tài)（截止?fàn)顟B(tài)）

（1）截止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)VI小于三極管發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓（約為0.5v），即VBE<0.5v時(shí)，IB≈0，IC≈0，VCE≈VCC=U0，三極管工作在截止區(qū)，對(duì)應(yīng)圖中的A點(diǎn)。

三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)的條件為：發(fā)射結(jié)反偏或小于死區(qū)電壓U0此時(shí)，若調(diào)節(jié)Rb↓，則IB↑，IC↑，VCE↓，工作點(diǎn)沿著負(fù)載線(xiàn)由A點(diǎn)→B點(diǎn)→C點(diǎn)→D點(diǎn)向上移動(dòng)。在此期間，三極管工作在放大區(qū)，其特點(diǎn)為IC＝βIB。三極管工作在放大狀態(tài)的條件為：0<IB<IBs（此時(shí)IB＝IC÷β，)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏

（2）放大狀態(tài)：當(dāng)VI為正值且大于死區(qū)電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通。有

放大狀態(tài)

再減小Rb，IB會(huì)繼續(xù)增加，但I(xiàn)C不會(huì)再增加，三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)。飽和時(shí)的VCE電壓稱(chēng)為飽和壓降VCES，其典型值為：VCES≈0.3V。

三極管工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：IB＞IBS

電壓條件為：集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均正偏

（3）飽和狀態(tài)：VI不變，繼續(xù)減小Rb，當(dāng)VCE

＝0.3V時(shí)，集電結(jié)變?yōu)榱闫?，稱(chēng)為臨界飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)E點(diǎn)。此時(shí)的集電極電流用ICS表示，基極電流用IBS表示，有:飽和狀態(tài)工作狀態(tài)截止放大飽和條件工作特點(diǎn)偏置情況集電極電流管壓降近似的等效電路C、E間等效電阻發(fā)射結(jié)電壓＜死區(qū)電壓發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)正偏很大相當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)可變很小相當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合三種工作狀態(tài)比較解：依題意可得IB（基極電流）

、IBS（三極管臨界飽和時(shí)的基極電流）例1.4.1

電路及參數(shù)如圖所示，設(shè)輸入電壓VI=3V，三極管的VBE=0.7V。（1）若β＝60，試判斷三極管是否飽和，并求出IC和VO的值。（2）將RC改為6.8kW，重復(fù)以上計(jì)算?！逫B＞IBS∴三極管飽和。

IB不變，仍為0.023mA

∵IB＜IBS∴三極管處在放大狀態(tài)。

舉例（3）將RC改為6.8kW，再將Rb改為60kW，重復(fù)以上計(jì)算。由此可見(jiàn)，Rb

、RC

、β等參數(shù)都能決定三極管是否飽和。即在VI一定（要保證發(fā)射結(jié)正偏）和VCC一定的條件下，Rb越小，β越大，RC越大，三極管越容易飽和。在數(shù)字電路中總是合理地選擇這幾個(gè)參數(shù)，使三極管在導(dǎo)通時(shí)為飽和導(dǎo)通?！逫B＞IBS∴三極管飽和。

飽和條件可寫(xiě)為：

2．三極管的動(dòng)態(tài)特性（略）（1）延遲時(shí)間td——從vi正跳變的瞬間開(kāi)始，到iC上升到

0.1ICS所需的時(shí)間

（2）上升時(shí)間tr——iC從0.1ICS上升到0.9ICS所需的時(shí)間。（3）存儲(chǔ)時(shí)間ts——從vi下跳變的瞬間開(kāi)始，到iC下降到0.9