半导体器件的开关特性.ppt

数字电子技术 第 二 章 第一小节 半导体器件的开关特性 第七讲 逻辑门电路（二极管、三极管的开关特性） 2.1 半导体器件的开关特性（二极管与三极管） 2.1.1 二极管的开关特性 1．二极管的静态特性 2．二极管开关的动态特性 反向恢复时间：tre＝ts十tt 产生反向恢复过程的原因： 反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。 2.1.2 三极管的开关特性 1．三极管的三种工作状态（截止状态） 2．三极管的动态特性（略） （1）延迟时间td——从vi正跳变的瞬间开始，到iC上升到 0.1ICS所需的时间 （2）上升时间tr——iC从0.1ICS上升到0.9ICS所需的时间。 （3）存储时间ts——从vi下跳变的瞬间开始，到iC下降到0.9ICS所需的时间。 （4）下降时间tf——C从0.9ICS下降到0.1ICS所需的时间。 * * 第二章 逻辑门电路 以半导体器件为基本单元，集成在一块硅片上，并具有一定逻辑功能的电路 由分立的二极管、三极管或MOS管等元件组成的门电路 在逻辑代数中，逻辑变量的取值不是0就是1，是一 种二值量。它对应于数字电路中电子元件的开关（即电 子开关的断开、闭合）两种状态。能实现开、关状态的 电子元件称为电子开关。 二极管、三极管和场效应管在数字电路中就是构成 这种电子开关的基本开关元件。 理想的开关： 闭合时：开关两端电压为0； 断开时：流过开关的电流为0； 两种状态的转换瞬间完成。 一、二极管的开关特性 1．二极管的静态特性 2．二极管开关的动态特性 二、三极管的开关特性 1．三极管的三种工作状态 2．三极管的动态特性 (1)加正向电压VF（ VF 0.5V）时，二极管导通，管压降VD可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。 可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。 (2)加反向电压VR或正向电压0.5V时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二极管相当于一个断开的开关。 给二极管电路加入 一个方波信号，电流的 波形怎样呢？ ts为存储时间，tt称为渡越时间。 tre＝ts十tt称为反向恢复时间 同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽略不计。 （1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压（约为0.5v），即VBE 0.5v时，IB≈0，IC≈0，VCE≈VCC=U0，三极管工作在截止区，对应图中的A点。 三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压 U0 此时，若调节Rb↓，则IB↑，IC↑，VCE↓，工作点沿着负载线由A点→B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，其特点为IC＝βIB。 三极管工作在放大状态的条件为：0IBIBs（此时IB＝IC÷β，)发射结正偏，集电结反偏 （2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极管导通。有 放大状态 再减小Rb，IB会继续增加，但IC不会再增加，三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES，其典型值为：VCES≈0.3V。 三极管工作在饱和状态的电流条件为：IB＞IBS 电压条件为：集电结和发射结均正偏 （3）饱和状态：VI不变，继续减小Rb，当VCE ＝0.3V时，集电结变为零偏，称为临界饱和状态，对应E点。此时的集电极电流用ICS表示，基极电流用IBS表示，有: 饱和状态 近似的等效电路 管压降 集电极电流 偏置情况 工 作 特 点 条 件 放 大 截 止 C、E间等效电阻 工作状态 饱 和 发射结电压＜ 死区电压 发射结正偏 集电结反偏 发射结正偏 集电结正偏 很大 相当开关断开 可变 很小 相当开关闭合 三种工作状态比较 解：依题意可得IB（基极电流） 、IBS（三极管临界饱和时的基极电流） 例1.4.1 电路及参数如图所示，设输入电压VI=3V，三极管的VBE=0.7V。 （1）若β＝60，试判断三极管是否饱和，并求出IC和VO的值。 （2）将RC改为6.8k