半导体二极管三极管和MOS管的开关特性.PPT

2. 1. 1 理想开关的开关特性 一、 静态特性 1. 断开 2. 闭合 2. 1 半导体二极管 、三极管 和 MOS 管的开关特性 S A K 二、动态特性 1. 开通时间： 2. 关断时间： 闭合） （断开 断开） （闭合 普通开关：静态特性好，动态特性差 半导体开关：静态特性较差，动态特性好 几百万/秒 几千万/秒 S A K 2. 1. 2 半导体二极管的开关特性 一、静态特性 1. 外加正向电压(正偏) 二极管导通(相当于开关闭合) 2. 外加反向电压(反偏) 二极管截止(相当于开关断开) 硅二极管伏安特性 阴极 A 阳极 K PN结 - A K + P区 N区 + + + + + + + + - - - - - - - - 正向 导通区 反向 截止区 反向 击穿区 0.5 0.7 /mA /V 0 D + - + - 二极管的开关作用： [例] uO = 0 V uO = 2.3 V 电路如图所示， 　　试判别二极管的工作 状态及输出电压。 二极管截止 二极管导通 [解] D 0.7 V + - 二、动态特性 1. 二极管的电容效应 结电容 C j 扩散电容 C D 2. 二极管的开关时间 电容效应使二极管的通断需要一段延迟时间才能完成 t t 0 0 (反向恢复时间) ≤ ton — 开通时间 toff — 关断时间 一、静态特性 NPN 2. 1. 3 半导体三极管的开关特性 发射结 集电结 发射极 emitter 基极 base 集电极 collector b iB iC e c (电流控制型) 1. 结构、符号和输入、输出特性 (2) 符号 N N P (Transistor) (1) 结构 (3) 输入特性 (4) 输出特性 iC / mA uCE /V 50 μA 40μA 30 μA 20 μA 10 μA iB = 0 0 2 4 6 8 4 3 2 1 放大区 截止区 饱 和 区 0 uBE /V iB / μA 发射结正偏 放大 i C= ? iB 集电结反偏 饱和 i C ＜ ? iB 两个结正偏 I CS= ? IBS 临界 截止 iB ≈ 0, iC ≈ 0 两个结反偏 电流关系 状态 条 件 2. 开关应用举例 发射结反偏 T 截止 发射结正偏 T 导通 + ? Rc Rb +VCC (12V) + uo ? iB iC T uI 3V -2V 2 k? 2.3 k? 放大还是饱和？ 饱和导通条件： + ? Rc Rb +VCC +12V + uo ? iB iC T uI 3V -2V 2 k? 2.3 k? ≤ 因为 所以 二、动态特性 3 -2 t 0 0.9ICS 0.1ICS t 0 3 0.3 t 0 2. 1. 4 MOS 管的开关特性 (电压控制型) MOS（Mental – Oxide – Semiconductor） 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管 一、 静态特性 1. 结构和特性： (1) N 沟道 栅极 G 漏极 D B 源极 S 3V 4V 5V uGS = 6V iD /mA 4 2 6 4 3 2 1 0 uGS /V iD /mA 4 3 2 1 0 2 4 6 8 10 uDS /V 可 变 电 阻 区 恒流区 UTN iD 开启电压 UTN = 2 V + - uGS + - uDS 衬 底 漏极特性 转移特性 uDS = 6V 截止区 　　P 沟道增强型 MOS 管 与 N 沟道有对偶关系。 (2) P 沟道 栅极 G 漏极 D B 源极 S iD + - uGS + - uDS 衬 底 iD /mA iD /mA -2 -4 0 -1 -2 -3 -4 0 -10 -8 -6 -4 -2 - 3V - 4V - 5V uGS = - 6V -1 -2 -3 -4 -6 uGS /V uDS /V 可 变 电 阻 区 恒流区 漏极特性 转移特性 截止区 UTP uDS = - 6V 开启电压 UTP = - 2 V 参考方向 2. MOS管的开关作用： (1) N 沟道增强型 MOS 管 +VDD +10V RD 20 k? B G D S uI uO +VDD +10V RD 20 k? G D S uI uO 开启电压 UTN = 2 V iD +VDD +10V RD 20 k? G D S uI uO RON RD (2) P 沟道增强型 MOS 管 -VDD -10V RD 20 k? B