《晶体管的开关特性》PPT课件

通常以从0.9IR下降到0.1IR所需时间
t1
确定tf。trr= ts+ tf 称为反向恢复时间。
反向恢复时间是影响二极管开 iD IF
t2
t
关速度的主要原因，是二极管开关 特性的重要参数。
反向恢复时间编辑ppt
O
－IR
ts tf ● trr
t
tr
下降时间
图3-1-4 二极管瞬态开关特性7
在t<t2期间，二极管反向截止，
3.1 晶体管的开关特性
3.1.1 晶体二极管开关特性 3.1.2 晶体三极管开关特性
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1
3.1.1 晶体二极管开关特性
理想开关的特性：
(1) 开关S断开时，通过开关的电流
S
i=0，这时开关两端点间呈现的电阻为无穷 ＋
大。
V
R
－
(2) 开关S闭合时，开关两端的电压
图3-1-1 理想开关
v=0，这时开关两端点间呈现的电阻为零。
图 3-1-5 中 ， 当 vI>VREF1 时 ， 二 极 管 导 通 ， vO≈vI； 当 vI<VREF1时 ， 二 极 管 截 止 ， vO=VREF1 。 这 样 就 将 输入波形中瞬时电位低于VREF1的部 分抑制掉，而将高于VREF1的部分波 形传送到输出端，实现了下限限幅
的功能。
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用vD的上升时间tr来描述。与trr相比， 正向恢复时间可忽略不计。
－IR
ts tf ● trr
t2
VF
VR t
t2
t
t
tr
上升时间
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图3-1-4 二极管瞬态开关特性8
３．二极管开关应用电路
(1) 限幅电路
将输入波形的一部分传送到输 出端，而将其余部分抑制掉。常用 的有串（并）联上限、下限和双向 限幅器。
vO t
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(b)
图3-1-8 并联双向限幅电路
及其工作波形
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(2) 钳位电路 将脉冲波形的顶部或底部钳定 在某一电平上。
(a)
(b)
图3-1-6 串联双向限幅器及其工作波形
vI=0时，A点电位为 V AV RR E 1 V F R R 22ER F 1 1V RE TF1 vI≤VA时，D1截止，D2导通，vO≈VA。实现下限限幅，限幅 电平为VA 。
vI≥VREF2时，D1导通，D2截止，vO≈VREF2。实现上限限幅， 限幅电平为VREF2。
vD=－VR，iD=－IS，空间电荷区很宽。 vI
O
t1
当t=t2时，vI由－VR突变为VF。
由于二极管两端电压不能突变，电
vD
路中产生瞬时大电流(VR+VF)/R，二 O
极管迅速导通，iD由(VR+VF)/R迅速
t1
下降到iD=IF=VF/R。
从vI正向跳变到二极管正向导通 iD IF 称为二极管的正向恢复时间，通常 O
电路处于瞬变状态下晶体 管所呈现的开关特性。具体的 说，就是晶体管在大信号作用 下，由导通到截止或者由截止 到导通时呈现的开关特性。
＋
(a) vI
－
vI
O
D iD
＋ vD －
R
VF
VR t
理想二极管作开关时，在
vD
外加跳变电压作用下，由导通 (b) O
VR t
到截止或者由截止到导通都是
在瞬间完成，没有过渡过程。
当VA<vI<VREF2时， D1、D编2辑均ppt 导通，输出vO≈vI。
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并联下限限幅器
并联双向限幅器
＋
vI
－
vI
RD
＋
＋
vO
VREF1
－
－
(a)
＋R
＋
D1
D2
vO
vI
＋
＋
VREF1
VREF2
－
－
－
－
(a)
O
t
vO
VREF
O
(b)
t
图3-1-7 并联下限限幅器
演示
及其工作波形
vI
VREF1
VREF2 O
开关断开。
通常硅二极管的Vth值取0.7V，锗二极管取0.3V。
结论：在稳态情况下，二极管开关特性与理想开关存在一
定差异。主要表现为，正向导通时，相当于开关闭合，但两端
仍有电位降落；反向截止时，相当于开关断开，存在反向电流。
此外，二极管的Vth和IS都与温度编辑p有pt 关。
4
２．二极管瞬态开关特性
(3) 开关S的接通或断开动作瞬间完成。
(4) 上述开关特性不受其他因素（如温度等）的影响。
１．二极管稳态开关特性 编辑ppt
2
稳态开关特性：电路处于相对稳定的状态下晶体管所呈现 的开关特性。
二极管的伏安特性方程为：
iDIS(eqD vkT 1) 当外加正向电压时，正 向电流随电压的增加按指数
＋ iD vD
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3
当二极管作为开关使用
iD
iD
时，可将其伏安特性折线化。
当正向偏置时，二极管导通，
压降为 Vth值 ，相当于开关 闭合；当反向偏置时，二极 管截止，流过的电流为反向 饱和电流，非常小，相当于
O vD
O Vth vD
(c) 理想二极管开关特性 (d) 二极管特性折线简化
图3-1-2 二极管伏安特性
＋
vI
－
vI
VREF1 O
D
＋
R
＋
vO
VREF1
－
－
(a)
t
vO
VREF1
O
t (b) 图3-1-5 限幅电平为VREF1的串联
演 示 下限限幅器及工作波形9
串联双向限幅器（假设VREF1<VREF2）
A
vI
vO
＋
＋
VREF2
D1 R1 D2
R2 vO
VA
vI ＋
＋
O
t
VREF1
VREF2
－－
－
－
－
iD
IS O Vth vD
规律增加。图中Vth称为正向 开启电压或门限电压，也称
(a) 二极管电路表示 (b) 二极管伏安特性 图3-1-2 二极管伏安特性
为阈值电压。
当外加， 反由 向 vD于 电 0， 此 e时 q时 D v kT1，则有
iDIS。 IS称为反向饱值 和很 电小 流， ，通 数计 常。 可
iD
编辑ppt
IF O
t 图3-1-3 理想二极管开关特性 5
当t<t1时，二极管导通，导通电 压为vD≈0.6~0.7V（以硅管为例）， 导通电流iD=IF=(VF－vD)/R≈VF/R。
当t=t1时，vI由VF突变为－VR， 由于存储电荷的存在，形成漂移电 流，iD=(vI－vD)/R≈－VR/R，使存储 电荷不断减少。从vI负跳变开始至反 向电流降到0.9IR所需的时间，称为 存储时间ts。在这段时间内，PN结 维持正向偏置，反向电流IR近似不 变。
存储时间
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vI
O
t1
vD
O t1
t2
VF
VR t
t2
t
iD
IF
O
－IR
ts tf ● trr
t
tr
图3-1-4 二极管瞬态开关特性6
经过ts时间后，反向电流使存储
电荷继续消失，空间电荷区逐渐加 vI
宽，二极管转为截止状态。
O
t1
t2
VF
VR t
反向电流由IR减小至反向饱和 vD
电流值，这段时间称为下降时间tf。 O