二極管開關的通斷是受兩端電壓極控制教學學習教案

1、會計學1二極管開關的通斷是受兩端電壓極控制二極管開關的通斷是受兩端電壓極控制(kngzh)教學教學第一頁，共29頁。飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內vCE的的 數(shù)值較小，一般數(shù)值較小，一般(ybn)vCE V(硅管硅管)。此時。此時 發(fā)射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。發(fā)射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。截止截止(jizh)區(qū)區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的的曲線的下方。下方。 此時，發(fā)射結反偏，集電結反偏。此時，發(fā)射結反偏，集電結反偏。放大區(qū)iC平行于vCE軸的區(qū)域， 曲線(qxin)基本平行等距。 此時，發(fā)射結正偏，集

2、 電結反偏，電壓大于 V左右(硅管) 。/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)第1頁/共28頁第二頁，共29頁。/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)三極管工作(gngzu)在放大區(qū)。三極管放大三極管放大(fngd)條件：條件：EBBEVVV , 0發(fā)射結正偏：CBBCVVV , 0集電結反偏：放大放大(fngd)特點：特點： 基極電流IB對集電極電流IC有很強的控制作用,IC=IB。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I

3、B，IC就有很大的變化量IC。三極管有放大能力，i c i b第2頁/共28頁第三頁，共29頁。三極管工作(gngzu)在飽和區(qū)。 飽和區(qū)VCE比較(bjio)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)。三極管飽和三極管飽和(boh)條件：條件：EBBEVVV , 0發(fā)射結正偏：CBBCVVV , 0偏：集電結正基極電位高于發(fā)射級、集電極電位。i b IBS/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)第3頁/共28頁第四頁，共29頁。三極管飽和三極管飽和(boh)特點：特點： 當VCE減少到一定

4、程度后，集電結收集載流子的能力減弱，造成發(fā)射結“發(fā)射有余，集電結收集不足”，集電極電流(dinli)IC不再服從IC=IB的規(guī)律。三極管飽和三極管飽和(boh)(boh)時的等效電路：時的等效電路：硅管 鍺管 硅管 鍺管 不考慮管壓降時的等效電路等效于開關閉合VCESbcVBES+-eecb/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)第4頁/共28頁第五頁，共29頁。 三極管工作在截止(jizh)區(qū)，IB=0曲線以下。發(fā)射結、集電結均反偏。VBE0VBC0CCCCBVVII、00三極管相當于開路(kil)三極管截止(jizh)

5、等效電路： 所以可以利用三極管飽和、截止狀態(tài)作開關。所以可以利用三極管飽和、截止狀態(tài)作開關。三極管截止條件：三極管截止條件：等效于開關斷開ecb/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)第5頁/共28頁第六頁，共29頁。三極管三極管PNPN結四種偏置結四種偏置(pin zh)(pin zh)方式組合方式組合發(fā)射結發(fā)射結(be(be結結) ) 集電結集電結(bc(bc結結) )工作狀態(tài)工作狀態(tài)正偏正偏反偏反偏放大狀態(tài)放大狀態(tài)正偏正偏正偏正偏飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)反偏反偏反偏反偏截止狀態(tài)截止狀態(tài)反偏反偏正偏正偏倒置狀態(tài)倒置狀態(tài)第6頁/

6、共28頁第七頁，共29頁。/cimA/CEVV20uA40uA60uA80uA100uA120uACCCVR 根據(jù)(gnj)VCC和RC值，在輸出特性曲線上畫一條負載線。當Vi 60A時i C 幾乎不變。三極管進入飽和區(qū)。臨界飽和時基極電流：CCCcsbsRVII飽和時集電極電流：CCCCSRVIRC2KVCC=6VRBv vi iv vo o=50i i bi i c-1V+3V第7頁/共28頁第八頁，共29頁。首先求出基極(j j)電流?bi然后求出臨界飽和時基極(j j)電流：?bsIbsbIi 三極管工作(gngzu)在飽和狀態(tài)，大的越多，飽和的越深。bsbIi 三極管工作在放大狀態(tài)0

7、beV三極管工作在截止狀態(tài)第8頁/共28頁第九頁，共29頁。IV2bV1bV0tCi0tCMAXi理想(lxing)情況下：（飽和、截止動作瞬時完成） 三極管開關和二極管開關一樣，都存在開關惰性。三極管在作開關運用時，三極管飽和及截止兩種狀態(tài)(zhungti)不是瞬時完成。因為三極管內部存在著電荷建立和消散過程。Vi = Vb2時：T 飽和(boh)CCCcRVimaxVi = Vb1時：T 截止0CiRCVCCRBv vi iv vo oi i bi i c第9頁/共28頁第十頁，共29頁。1bV0.9CMAXiIV2bV0t0tCMAXi0.1CMAXidtrtstftCiRCVCCRBv

8、 vi iv vo oi i bi i cVi = - Vb1 時：時：T 截止截止(jizh) i b 0 i c 0 實際實際(shj)情況下：情況下：輸入由Vb2上跳到Vb1,T由止放大(fngd)飽和。輸入由Vb2下跳到-Vb1,由飽和放大止。需要經(jīng)歷四個時間：需要經(jīng)歷四個時間：延遲時間: i c 由0上升到0.1 i c max上升時間: i c 由0.1 i c max上升到0.9 i c max存儲時間: i c 由 I c max下降到0.9 i c max下降時間:i c 由0.9 i c max下降到0.1 i c maxT由截止由截止導通需要的時間：導通需要的時間：t t

9、ON ON =t=td d+t+tr rT T由導通由導通截止需要的時間：截止需要的時間：t tOffOff=t=ts s+t+tf fontofft第10頁/共28頁第十一頁，共29頁。用基區(qū)電荷分布圖說明用基區(qū)電荷分布圖說明(shumng)當輸入(shr)發(fā)射結由：反偏正偏所需時間(shjin) td正向偏壓基極驅動電流發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)電子數(shù)集電極收集的電子數(shù)由小到大變化由小到大變化當基區(qū)的電子濃度增加到當基區(qū)的電子濃度增加到 4 4 時時：發(fā)射結正偏后：發(fā)射結正偏后：集電極電流達到臨界飽和：ICS基區(qū)中電子積累所需時間：t r三極管由截止進入飽和過程：NNP電子濃度電子濃度1234臨飽放

10、大正偏第11頁/共28頁第十二頁，共29頁。 IBIBS 時，發(fā)射結發(fā)射有余，集電極收集不足。過剩(gushng)電子在基區(qū)積累，如 45。這段時間就是存儲時間 t s 當當i b繼續(xù)繼續(xù)(jx)增加：增加：電子電子(dinz)濃度濃度NPN12345分析輸入信號由：分析輸入信號由： 希望基極驅動電流i b 1很大，加速三極管由截止向飽和轉變，縮短上升時間t r ，減少延遲時間，提高工作速度。 雖然i b1增加帶來td、 t r 減小。同時也會使 t s 增加。要求驅動電流不是常數(shù)，而是前大后小，前大加速建立，后小不過分飽和。前大加速建立，后小不過分飽和。正偏放大臨飽深飽1bi第12頁/共28

11、頁第十三頁，共29頁。電子(dinz)濃度NPN12345當輸入當輸入(shr)三極管由飽和進入三極管由飽和進入(jnr)截止過程：截止過程： 由于基區(qū)電子不能立即消失，T 仍然飽和，其轉變過程是：隨正偏壓的減小，基區(qū)存儲的電子逐漸減小。54區(qū)間中電子積累從深飽和深飽和淺飽和淺飽和臨界飽和臨界飽和放大放大截止。截止。分析輸入信號由：分析輸入信號由： 希望基極驅散電流i b 2很大,加速三極管由飽和向截止狀態(tài)轉變。 同樣同樣i i b2b2增加帶來增加帶來t f 減小。同時也會使減小。同時也會使 t d 增加。即：三極管截止時，增加。即：三極管截止時，反偏電壓越大，轉向正偏時間越長。因此，要求驅

12、動電流也不是常數(shù)，反偏電壓越大，轉向正偏時間越長。因此，要求驅動電流也不是常數(shù)，而是而是前大后小前大后小，前大快速驅散，后小不過分截止。前大快速驅散，后小不過分截止。深飽臨飽放大正偏2bi第13頁/共28頁第十四頁，共29頁。結論結論(jiln)： 把三極管由截止把三極管由截止(jizh)飽和的基極電流飽和的基極電流i b1叫做正向驅動電流。叫做正向驅動電流。 把三極管由飽和把三極管由飽和截止截止(jizh)的基極電流的基極電流i b2叫做反向驅散電流。叫做反向驅散電流。 這樣一個前大后小的基極驅動電流很難選取。但可以利用電容C上的電壓不能突變的特性，近似實現(xiàn)。這個電容叫做加速電容加速電容。i

13、Vbitt00RCVCCR1v vi iv vo oRSC1第14頁/共28頁第十五頁，共29頁。 R1、R2、外加負偏壓VBB及Vi 共同決定三極管工作狀態(tài)，保證三極管在開關方波的作用下可靠工作于飽和(boh)、截止兩種狀態(tài)。 那么如何保證(bozhng)三極管可靠工作？就依靠合理選擇基極偏置電阻來保證(bozhng)。（設計問題）當當Vi i = 0 = 0 時：時： 希望希望T截截止先假設止先假設(jish)T止再止再看是否止看是否止畫截止等效電路畫截止等效電路121RRRVVBBbe - 1V三極管截止條件：V be0令：V be1V T 可靠截止當當V i i = = E 時：時：

14、希望希望T飽和，先飽和，先假設假設T飽和再判是否飽和再判是否飽和飽和畫飽和等效電路畫飽和等效電路2121RVREiiiBBb三極管截止條件：i b IBS0ERCVCCR1v vi iv vo oR2-VBBC1R1R2VBBbe+R1R2VBBbe+Ei bi 1i 2第15頁/共28頁第十六頁，共29頁。CCCCSbSRVIICCCBBRVRVRE21即：三極管一定(ydng)飽和。元件元件(yunjin)選擇：選擇：T: 先選擇開關管，再根據(jù)(gnj)手冊給出ICM確定RC。VCC、VBB 根據(jù)工作條件確定。C1根據(jù)開關管截至頻率確定。反相器的優(yōu)點：反相器的優(yōu)點： 輸出振幅比較大，飽和時

15、 VO 0 。 截止時，VO VCC 。三極管飽和時，V c e s = 0.3V 所以功耗小。對的一致性要求底，只要滿足CSbIi 第16頁/共28頁第十七頁，共29頁。CO 反相器的基本功能是將輸入(shr)信號反相輸出，輸出信號應保持與輸入(shr)信號形狀一致，但由于三極管本身存在：開關時間、分布電容及寄生電容的影響，使輸出波形產生一定畸變，只能采取措施，使這種畸變盡可能減小至容許范圍之內。常用常用(chn yn)方法：方法：采用采用(ciyng)加速電容，增加鉗位二極管。加速電容，增加鉗位二極管。VCL:鉗位電壓，鉗位電壓， VCL0,RC2KR1R24.3K16KVCC=12V-V

16、BB=8V0.3V5.5VC1TVI IVO O第23頁/共28頁第二十四頁，共29頁。R1R2VBBVI Ibe+解（1）：時當VVVILi3 . 0先假定(jidng)T截止，。0是否看BEV畫出畫出T T截止截止(jizh)(jizh)等效電路：等效電路：BBILILEBBEVVRRRVVVV211046. 1V滿足截止(jizh)條件T截止(jizh)目的是判斷T能否截止：VVBE0截止：VVBE0導通：VVIL3 . 0RC2KR1R24.3K16KVCC=12V-VBB=8V0.3V5.5VC1TVI IVO O第24頁/共28頁第二十五頁，共29頁。R1R2VBBVI Ibe+V

17、BES：時當VVVIHi5 . 5BBIHIHEBBEVVRRRVVVV211064. 2VT導通，判別(pnbi)：BSBII ；放大導通BSBII ；飽和導通假定假定(jidng)T(jidng)T飽和，畫出飽和等效電路飽和，畫出飽和等效電路21RVVRVVIBESBBBESIHBmA46. 0mARVVIICCESCCCSBS26. 0。所以三極管可靠飽和因為,BSBII VVIH5 . 5BIRC2KR1R24.3K16KVCC=12V-VBB=8V0.3V5.5VC1TVI IVO O第25頁/共28頁第二十六頁，共29頁。2、在輸入為高電平時，保證T可靠飽 和，值最小等于(dngy

18、)多少？ 假設(jish)：VI時，T處于臨界飽和狀態(tài)，IB=IBS,求出臨界飽和時值。mAIRVVIIBCCESCCCSBS46. 0VVCC12VVCES3 . 0KRC5 . 1求出17CSBSII因為：可知：；飽和條件由三極管BSBII 所以保證(bozhng)三極管可靠飽和的最小值應大于17。值越大，越有利于飽和。第26頁/共28頁第二十七頁，共29頁。3、在輸入為低電平時，保證可 T 靠截止(jizh)，VBB值最小等于多少？假設：VI時，T處于臨界(ln ji)截止狀態(tài)，VBE=0。0211BBILILBEVVRRRVV令：KR3 . 41KR162VVIL3 . 0VVBB1 . 1求出。應大于時，三極