二極管開(kāi)關(guān)的通斷是受兩端電壓極性控制概要

二極管開(kāi)關(guān)的通斷是受兩端電壓極性控制概要第1頁(yè)/共29頁(yè)飽和區(qū)——iC受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)vCE的數(shù)值較小，一般vCE＜0.7

V(硅管)。此時(shí)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)——iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓大于

0.7

V左右(硅管)。1、三極管的三種工作區(qū)域飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)第2頁(yè)/共29頁(yè)飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)三極管工作在放大區(qū)。三極管放大條件：放大特點(diǎn)：

基極電流IB對(duì)集電極電流IC有很強(qiáng)的控制作用,IC=βIB。從特性曲線上可以看出，在相同的VCE條件下，IB有很小的變化量ΔIB，IC就有很大的變化量ΔIC。2、三極管的三種工作狀態(tài)①、放大狀態(tài)三極管有放大能力，ic

＝βib第3頁(yè)/共29頁(yè)三極管工作在飽和區(qū)。

飽和區(qū)VCE比較小，也就是IC受VCE顯著控制區(qū)。即將輸出曲線直線上升和彎曲部分劃為飽和區(qū)。三極管飽和條件：基極電位高于發(fā)射級(jí)、集電極電位。2、三極管的三種工作狀態(tài)②、飽和狀態(tài)ib≥IBS飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)第4頁(yè)/共29頁(yè)三極管飽和特點(diǎn)：

當(dāng)VCE減少到一定程度后，集電結(jié)收集載流子的能力減弱，造成發(fā)射結(jié)“發(fā)射有余，集電結(jié)收集不足”，集電極電流IC不再服從IC=βIB的規(guī)律。三極管飽和時(shí)的等效電路：2、三極管的三種工作狀態(tài)硅管0.7V鍺管0.3V硅管0.3V鍺管0.1V不考慮管壓降時(shí)的等效電路等效于開(kāi)關(guān)閉合VCESbcVBES++--eecb飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)第5頁(yè)/共29頁(yè)

三極管工作在截止區(qū)，IB=0曲線以下。發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏。VBE≤0VBC<0三極管相當(dāng)于開(kāi)路三極管截止等效電路：

所以可以利用三極管飽和、截止?fàn)顟B(tài)作開(kāi)關(guān)。三極管截止條件：2、三極管的三種工作狀態(tài)③、截止?fàn)顟B(tài)等效于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)ecb飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)第6頁(yè)/共29頁(yè)三極管PN結(jié)四種偏置方式組合發(fā)射結(jié)(be結(jié))集電結(jié)(bc結(jié))工作狀態(tài)正偏反偏放大狀態(tài)正偏正偏飽和狀態(tài)反偏反偏截止?fàn)顟B(tài)反偏正偏倒置狀態(tài)第7頁(yè)/共29頁(yè)

根據(jù)VCC和RC值，在輸出特性曲線上畫(huà)一條負(fù)載線。當(dāng)Vi<0時(shí)：三極管截止，工作在特性曲線A點(diǎn)。當(dāng)ib＝60μA時(shí)iC=βib=50X60=3mAT臨界飽和當(dāng)ib>60μA時(shí)iC幾乎不變。三極管進(jìn)入飽和區(qū)。臨界飽和時(shí)基極電流：飽和時(shí)集電極電流：例：共發(fā)射極電路RC2KΩVCC=6VRBvivoβ=50ibic-1V+3V第8頁(yè)/共29頁(yè)首先求出基極電流然后求出臨界飽和時(shí)基極電流：三極管工作在飽和狀態(tài)，大的越多，飽和的越深。三極管工作在放大狀態(tài)三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)如何判斷三極管工作狀態(tài)第9頁(yè)/共29頁(yè)理想情況下：（飽和、截止動(dòng)作瞬時(shí)完成）

三極管開(kāi)關(guān)和二極管開(kāi)關(guān)一樣，都存在開(kāi)關(guān)惰性。三極管在作開(kāi)關(guān)運(yùn)用時(shí)，三極管飽和及截止兩種狀態(tài)不是瞬時(shí)完成。因?yàn)槿龢O管內(nèi)部存在著電荷建立和消散過(guò)程。Vi=＋Vb2時(shí)：T飽和Vi=－Vb1時(shí)：T截止2、三極管開(kāi)關(guān)惰性RCVCCRBvivoibic第10頁(yè)/共29頁(yè)RCVCCRBvivoibicVi=-Vb1時(shí)：T截止ib≈0ic≈0實(shí)際情況下：輸入由－Vb2上跳到＋Vb1,T由止→放大→飽和。輸入由＋Vb2下跳到-Vb1,由飽和→放大→止。需要經(jīng)歷四個(gè)時(shí)間：延遲時(shí)間:ic由0上升到0.1icmax上升時(shí)間:ic由0.1icmax上升到0.9icmax存儲(chǔ)時(shí)間:ic由

Icmax下降到0.9icmax下降時(shí)間:ic由0.9icmax下降到0.1icmaxT由截止→導(dǎo)通需要的時(shí)間：tON=td+trT由導(dǎo)通→截止需要的時(shí)間：tOff=ts+tf三極管開(kāi)關(guān)惰性第11頁(yè)/共29頁(yè)用基區(qū)電荷分布圖說(shuō)明當(dāng)輸入發(fā)射結(jié)由：反偏→正偏所需時(shí)間td正向偏壓基極驅(qū)動(dòng)電流發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)電子數(shù)集電極收集的電子數(shù)由小到大變化當(dāng)基區(qū)的電子濃度增加到4時(shí)：發(fā)射結(jié)正偏后：集電極電流達(dá)到臨界飽和：ICS基區(qū)中電子積累所需時(shí)間：tr三極管由截止進(jìn)入飽和過(guò)程：電子濃度開(kāi)關(guān)惰性形成的原因：臨飽放大正偏第12頁(yè)/共29頁(yè)

IB≥IBS

時(shí)，發(fā)射結(jié)發(fā)射有余，集電極收集不足。過(guò)剩電子在基區(qū)積累，如4→5。這段時(shí)間就是存儲(chǔ)時(shí)間ts

當(dāng)ib繼續(xù)增加：電子濃度分析輸入信號(hào)由：

希望基極驅(qū)動(dòng)電流ib1很大，加速三極管由截止向飽和轉(zhuǎn)變，縮短上升時(shí)間tr

，減少延遲時(shí)間，提高工作速度。

雖然ib1增加帶來(lái)td、tr

減小。同時(shí)也會(huì)使ts

增加。要求驅(qū)動(dòng)電流不是常數(shù)，而是前大后小，前大加速建立，后小不過(guò)分飽和。開(kāi)關(guān)惰性形成的原因：正偏放大臨飽深飽第13頁(yè)/共29頁(yè)電子濃度當(dāng)輸入三極管由飽和進(jìn)入截止過(guò)程：

由于基區(qū)電子不能立即消失，T仍然飽和，其轉(zhuǎn)變過(guò)程是：隨正偏壓的減小，基區(qū)存儲(chǔ)的電子逐漸減小。5→4區(qū)間中電子積累從深飽和→淺飽和→臨界飽和→放大→截止。分析輸入信號(hào)由：

希望基極驅(qū)散電流ib2很大,加速三極管由飽和向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變。

同樣ib2增加帶來(lái)tf

減小。同時(shí)也會(huì)使td

增加。即：三極管截止時(shí)，反偏電壓越大，轉(zhuǎn)向正偏時(shí)間越長(zhǎng)。因此，要求驅(qū)動(dòng)電流也不是常數(shù)，而是前大后小，前大快速驅(qū)散，后小不過(guò)分截止。開(kāi)關(guān)惰性形成的原因：深飽臨飽放大正偏第14頁(yè)/共29頁(yè)結(jié)論：

把三極管由截止→飽和的基極電流ib1叫做正向驅(qū)動(dòng)電流。

把三極管由飽和→截止的基極電流ib2叫做反向驅(qū)散電流。

這樣一個(gè)前大后小的基極驅(qū)動(dòng)電流很難選取。但可以利用電容C上的電壓不能突變的特性，近似實(shí)現(xiàn)。這個(gè)電容叫做加速電容。開(kāi)關(guān)惰性形成的原因：RCVCCR1vivoRSC1第15頁(yè)/共29頁(yè)

R1、R2、外加負(fù)偏壓－VBB及Vi共同決定三極管工作狀態(tài)，保證三極管在開(kāi)關(guān)方波的作用下可靠工作于飽和、截止兩種狀態(tài)。

那么如何保證三極管可靠工作？就依靠合理選擇基極偏置電阻來(lái)保證。（設(shè)計(jì)問(wèn)題）當(dāng)Vi=0時(shí)：

希望T截止先假設(shè)T止再看是否止畫(huà)截止等效電路≤-1V三極管截止條件：Vbe≤0令：Vbe≤－1VT可靠截止當(dāng)Vi

=E

時(shí)：

希望T飽和，先假設(shè)T飽和再判是否飽和畫(huà)飽和等效電路三極管截止條件：ib≥IBS四、晶體三極管反相器1、反相器工作原理及設(shè)計(jì)方法：0ERCVCCR1vivoR2-VBBC1R1R2VBBbe+?R1R2VBBbe+?+?Eibi1i2第16頁(yè)/共29頁(yè)即：三極管一定飽和。元件選擇：T:先選擇開(kāi)關(guān)管，再根據(jù)手冊(cè)給出ICM確定RC。VCC、－VBB根據(jù)工作條件確定。C1根據(jù)開(kāi)關(guān)管截至頻率確定。反相器的優(yōu)點(diǎn)：

輸出振幅比較大，飽和時(shí)VO≈0。截止時(shí)，VO≈VCC。三極管飽和時(shí)，Vces=0.3V所以功耗小。對(duì)β的一致性要求底，只要滿足晶體三極管反相器第17頁(yè)/共29頁(yè)CO

反相器的基本功能是將輸入信號(hào)反相輸出，輸出信號(hào)應(yīng)保持與輸入信號(hào)形狀一致，但由于三極管本身存在：開(kāi)關(guān)時(shí)間、分布電容及寄生電容的影響，使輸出波形產(chǎn)生一定畸變，只能采取措施，使這種畸變盡可能減小至容許范圍之內(nèi)。常用方法：采用加速電容，增加鉗位二極管。VCL:鉗位電壓，VCL<VCCDCL：鉗位二極管。CO:輸出端分布電容及負(fù)載電容之和。當(dāng)：Vi

=VILT止，DCL導(dǎo)，VO=VCLVCC以τ＝RCCO向CO充電負(fù)載變化，穩(wěn)定輸出。

當(dāng)：Vi

=VIHT飽和，CO放電,τ=rCESCO由于RC?

rCES

CO快速放電。DCL對(duì)下降沿影響小。當(dāng)：Vi從T由飽和變?yōu)榻刂?，由于電容上的電壓不能突變，又以大時(shí)常數(shù)RCO充電，充電速度比較慢。當(dāng)充至VO≥VCL,DCL導(dǎo)通。VO被鉗位于VCL2、提高反相器開(kāi)關(guān)速度的方法：VCLVCCC1R1R2-VBBRCDCLIV第18頁(yè)/共29頁(yè)反相器負(fù)載有兩種情況：流進(jìn)反相器的電流叫灌流負(fù)載。記做i

OI流出反相器的電流叫拉流負(fù)載。記做i

op如何衡量反相器帶負(fù)載能力？反相器在正常工作條件下：

飽和狀態(tài)：VO=0.3V,反相器所允許最大灌電流IOCM是多少？

截止?fàn)顟B(tài)：VO=VCL，反相器所允許最大拉電流IOPM是多少？3、反相器帶負(fù)載的能力第19頁(yè)/共29頁(yè)三極管飽和時(shí)：

VO=Vces=0.3V,DCL止，i

DCL=0流入集電極電流：IBSi

C=i

RC+i

OI由飽和條件iB≥IBS知：IBS：增加使三極管飽和深度減少，有可能引起三極管退出飽和。所以：灌電流的增加，不應(yīng)破壞三極管的飽和條件。即：iC

≥IC/βi

RC+i

OI≤βiBiC=βiB分飽和、截止兩種狀態(tài)討論。(1)、反相器帶灌流負(fù)載的能力①、三極管飽和時(shí)帶灌流負(fù)載的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiDCLiCDCLVCL第20頁(yè)/共29頁(yè)三極管截至?xí)r：

iC=0DCL導(dǎo)通VO=VCL流入鉗位二極管電流：iDCL=iRC+iOI灌電流的增加不可能燒壞鉗位二極管。三極管飽和時(shí)所允許的最大灌電流：=ICM–VCC/RCI0IM

≤βiB–iRC②、三極管截至?xí)r帶灌流負(fù)載的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiDCLiCDCLVCL第21頁(yè)/共29頁(yè)三極管飽和時(shí)：DCL止iDCL=0拉電流：iOP=iRC

–

iC由飽和條件iB≥IBS知：iop的增加引起iC的減少，iC的減少又引起iB的減少。三極管的飽和深度加深。所以拉電流的增加，不破壞三極管的飽和狀態(tài)iop的增加，最大將iC拉到0。所以：最大拉電流：IOPM≤iRC-0=VCC/RC仍然分飽和、截止兩種狀態(tài)討論。(2)、反相器帶拉流負(fù)載的能力。①、三極管飽和時(shí)帶拉流負(fù)載的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiCDCLVCLiOP第22頁(yè)/共29頁(yè)三極管截至?xí)r：

DCL導(dǎo)通iC=0VO=VCLiRC=iDCL+iOP

拉電流iOP增加到一定程度使iDCL減小到0,D失去鉗位作用。

因此三極管截至?xí)r，最大拉電流以鉗位二極管不失去鉗位作用為原則。IOPM

＝iRC≤VCC-VCL/RC即：iDCL不能為0②、三極管截至?xí)r帶拉流負(fù)載的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiDCLiCDCLiOPVCL第23頁(yè)/共29頁(yè)1、當(dāng)β＝30,T能否可靠飽和或截止？2、在輸入為高電平時(shí)，保證T可靠飽和，β值最小等于多少？3、在輸入為低電平時(shí)，保證可T靠截止，VBB值最小等于多少？題意分析：先判導(dǎo)和止，再判飽和否。截至條件：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏。VBE≤0飽和條件：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏。VBE>0,練習(xí)題：R