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文檔簡介
二極管開關的通斷是受兩端電壓極性控制。三極管開關的通斷是受基極b控制。1、三極管的三種工作區域三、晶體三極管開關特性BBCECE飽和區放大區截止區飽和區——iC受vCE顯著控制的區域,該區域內vCE的數值較小,一般vCE<0.7
V(硅管)。此時
發射結正偏,集電結正偏或反偏電壓很小。截止區——iC接近零的區域,相當iB=0的曲線的下方。此時,發射結反偏,集電結反偏。放大區——iC平行于vCE軸的區域,曲線基本平行等距。此時,發射結正偏,集電結反偏,電壓大于0.7
V左右(硅管)。1、三極管的三種工作區域飽和區放大區截止區飽和區放大區截止區三極管工作在放大區。三極管放大條件:放大特點:基極電流IB對集電極電流IC有很強的控制作用,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①、放大狀態三極管有放大能力,ic=βib三極管飽和特點:當VCE減少到一定程度后,集電結收集載流子的能力減弱,造成發射結“發射有余,集電結收集不足”,集電極電流IC不再服從IC=βIB的規律。三極管飽和時的等效電路:2、三極管的三種工作狀態硅管0.7V鍺管0.3V硅管0.3V鍺管0.1V不考慮管壓降時的等效電路等效于開關閉合VCESbcVBES++--eecb飽和區放大區截止區三極管工作在截止區,IB=0曲線以下。發射結、集電結均反偏。VBE≤0VBC<0三極管相當于開路三極管截止等效電路:
所以可以利用三極管飽和、截止狀態作開關。三極管截止條件:2、三極管的三種工作狀態③、截止狀態等效于開關斷開ecb飽和區放大區截止區三極管PN結四種偏置方式組合發射結(be結)集電結(bc結)工作狀態正偏反偏放大狀態正偏正偏飽和狀態反偏反偏截止狀態反偏正偏倒置狀態首先求出基極電流然后求出臨界飽和時基極電流:三極管工作在飽和狀態,大的越多,飽和的越深。三極管工作在放大狀態三極管工作在截止狀態如何判斷三極管工作狀態理想情況下:(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Vi=-Vb1時:T截止2、三極管開關惰性RCVCCRBvivoibicRCVCCRBvivoibicVi=-Vb1時:T截止ib≈0ic≈0實際情況下: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。需要經歷四個時間:延遲時間:ic由0上升到0.1icmax上升時間:ic由0.1icmax上升到0.9icmax存儲時間:ic由Icmax下降到0.9icmax下降時間:ic由0.9icmax下降到0.1icmaxT由截止→導通需要的時間:tON=td+trT由導通→截止需要的時間:tOff=ts+tf三極管開關惰性
IB≥IBS
時,發射結發射有余,集電極收集不足。過剩電子在基區積累,如4→5。這段時間就是存儲時間ts
當ib繼續增加:電子濃度分析輸入信號由:希望基極驅動電流ib1很大,加速三極管由截止向飽和轉變,縮短上升時間tr,減少延遲時間,提高工作速度。雖然ib1增加帶來td、tr
減小。同時也會使ts
增加。要求驅動電流不是常數,而是前大后小,前大加速建立,后小不過分飽和。開關惰性形成的原因:正偏放大臨飽深飽電子濃度當輸入三極管由飽和進入截止過程:由于基區電子不能立即消失,T仍然飽和,其轉變過程是:隨正偏壓的減小,基區存儲的電子逐漸減小。5→4區間中電子積累從深飽和→淺飽和→臨界飽和→放大→截止。分析輸入信號由:希望基極驅散電流ib2很大,加速三極管由飽和向截止狀態轉變。
同樣ib2增加帶來tf
減小。同時也會使td
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,要求驅動電流也不是常數,而是前大后小,前大快速驅散,后小不過分截止。開關惰性形成的原因:深飽臨飽放大正偏結論:
把三極管由截止→飽和的基極電流ib1叫做正向驅動電流。
把三極管由飽和→截止的基極電流ib2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。這個電容叫做加速電容。開關惰性形成的原因:RCVCCR1vivoRSC1即:三極管一定飽和。元件選擇:T:先選擇開關管,再根據手冊給出ICM確定RC。VCC、-VBB根據工作條件確定。C1根據開關管截至頻率確定。反相器的優點:
輸出振幅比較大,飽和時VO≈0。截止時,VO≈VCC。三極管飽和時,Vces=0.3V所以功耗小。對β的一致性要求底,只要滿足晶體三極管反相器CO
反相器的基本功能是將輸入信號反相輸出,輸出信號應保持與輸入信號形狀一致,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載電容之和。當:Vi
=VILT止,DCL導,VO=VCLVCC以τ=RCCO向CO充電負載變化,穩定輸出。
當:Vi
=VIHT飽和,CO放電,τ=rCESCO由于RC?rCES
CO快速放電。DCL對下降沿影響小。當:Vi從T由飽和變為截至,由于電容上的電壓不能突變,又以大時常數RCO充電,充電速度比較慢。當充至VO≥VCL,DCL導通。VO被鉗位于VCL2、提高反相器開關速度的方法:VCLVCCC1R1R2-VBBRCDCLIV反相器負載有兩種情況:流進反相器的電流叫灌流負載。記做i
OI流出反相器的電流叫拉流負載。記做i
op如何衡量反相器帶負載能力?反相器在正常工作條件下:飽和狀態:VO=0.3V,反相器所允許最大灌電流IOCM是多少?截止狀態:VO=VCL,反相器所允許最大拉電流IOPM是多少?3、反相器帶負載的能力三極管截至時:
iC=0DCL導通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。三極管飽和時所允許的最大灌電流:=ICM–VCC/RCI0IM
≤βiB–iRC②、三極管截至時帶灌流負載的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiDCLiCDCLVCL三極管飽和時: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、截止兩種狀態討論。(2)、反相器帶拉流負載的能力。①、三極管飽和時帶拉流負載的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiCDCLVCLiOP三極管截至時:
DCL導通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。因此三極管截至時,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、三極管截至時帶拉流負載的能力。RCVCCR1vivoR2-VBBC1iRCiDCLiCDCLiOPVCLR1R2VBBVIbe++??解(1):先假定T截止,畫出T截止等效電路:滿足截止條件T截止目的是判斷T能否截止:練習題:RC2KΩR1R24.3K16KVCC=12V-VBB=8V0.3V5.5VC1TVIVOR1R2VBBVIbe++??V
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