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三极管的开关电路

发布时间:2013/5/22 21:22:28 访问次数:3072

    在实际电路中,除了使用三极管DS4-S-24V放大电路之外,还经常用到三极管开关电路。三极管开关电路在电路中通常用作电子开关。工作在开关状态下的三极簪处于两种状态,即饱和(导通)状态和截止状态。
    三极管在饱和与截止两种状态转换过程中具有的特性称为三极管的动态特性。三极管与二极管一样,内部也存在着电荷的建立与消失过程。因此,饱和与截止两种状态也需要一定的时间才能完成。
   为了对三极管的瞬态过程进行定量描述,通常引入以下几个参数来表征。

          
    延迟时间幻:从+Ub2加入到集电极电流fc上升到。所需要的时间。当三极管处于截止状态时,发射极反偏,空间电荷区比较宽。当输入信号跳变到+U2时,由于发射结空间电荷区仍保持在截止时的宽度,故发射区的电子还不能立即穿过发射结到达基区。这时,发射区的电子进入空间电荷区,使空间电荷区变窄,然后发射区开始向基区发射电子,三极管开始导通。
    上升时间矗:上升到0.9厶。所需的时间。发射区不断向基区注入电子,电子在基区积累,并向集电区扩散形成集电极电流fc。随着基区电子浓度的增加,fc不断增大。

          
    存储时间毛:从输入信号- Ub2到fc降到0.9。所需的时间。经过上升时间后,集电极电流继续增加到,这时由于进入了饱和状态,集电极收集电子的能力减弱,过剩的电子在基区不断积累起来,称为超量存储电荷,同时集电区靠近边界处也积累起一定的空穴,集电结处于正向偏置。
    当输入电压碥由+U2跳变到-U]时,上述的存储电荷不能立即消失,而是在反向电压作用下产生漂移运动而形成反向基极电流,促使超量存储电荷泄放;在存储电荷消失前,集电极电流维持厶。不变,直至存储电荷全部消散,三极管才开始退出饱和状态,fc开始下降。
    下降时间下降到O.l/e。所需的时间。在基区存储的多余电荷消失后,基区中的电子在反向电压的作用下越来越少,集电极电流fc也不断减小,并逐渐接近于0。
    上述四个参数被称为三极管的开关时间参数。它们都以集电极电流fc变化为基准。
    通常把to。=td+ tr称为开通时间,它反映了三极管从截止到饱和所需的时间;把f。ff= ts +tf称为关闭时间,它反映了三极管从饱和到截止所需的时间。
    开通时间和关闭时间总称为开关时间。它随三极管的类型不同而有很大差别,一般在几十纳秒至几百纳秒的范围。
    以NPN型三极管来说,当三极管的基极有一个高电平时,则三极管饱和导通。这时三极管集电极与发射极之间的电阻很小,发射极电压基本上等于集电极电压,就像开关闭合一样;当三极管的基极有一个低电平时,三极管截止。这时,三极管集电极与发射极之间的电阻很大,集电极电压近似等于电源电压,发射极电压近似等于OV。三极管的截止和导通状态工作示意图如图5-29所示。
    共发射极放大电路只要稍经修改便可用作开关电路。如图5-30所示即为一个采用三极管控制灯泡亮、灭的开关电路。
    在图5-30中,控制信号为一个脉冲信号,脉冲的高度为Ubb(大于0.7V)。当脉冲信号的高度Ul为OV时,fh=0三极管工作在截止区,同时t =O,没有电流流过灯泡,灯泡不亮。这时Ue=Ucc(灯泡两端的压降为0)。
    当脉冲信号的高度U变为Ubb时,fb=(Ubb-0.7V)/Rb。这时三极管的偏压可能在放大区也可能在饱和区,无论如何,灯泡中总有电流流过,所以灯泡是亮的。只要矾在O~Ubb之间切换,就可以控制灯泡亮或不亮。

    在实际电路中,除了使用三极管DS4-S-24V放大电路之外,还经常用到三极管开关电路。三极管开关电路在电路中通常用作电子开关。工作在开关状态下的三极簪处于两种状态,即饱和(导通)状态和截止状态。
    三极管在饱和与截止两种状态转换过程中具有的特性称为三极管的动态特性。三极管与二极管一样,内部也存在着电荷的建立与消失过程。因此,饱和与截止两种状态也需要一定的时间才能完成。
   为了对三极管的瞬态过程进行定量描述,通常引入以下几个参数来表征。

          
    延迟时间幻:从+Ub2加入到集电极电流fc上升到。所需要的时间。当三极管处于截止状态时,发射极反偏,空间电荷区比较宽。当输入信号跳变到+U2时,由于发射结空间电荷区仍保持在截止时的宽度,故发射区的电子还不能立即穿过发射结到达基区。这时,发射区的电子进入空间电荷区,使空间电荷区变窄,然后发射区开始向基区发射电子,三极管开始导通。
    上升时间矗:上升到0.9厶。所需的时间。发射区不断向基区注入电子,电子在基区积累,并向集电区扩散形成集电极电流fc。随着基区电子浓度的增加,fc不断增大。

          
    存储时间毛:从输入信号- Ub2到fc降到0.9。所需的时间。经过上升时间后,集电极电流继续增加到,这时由于进入了饱和状态,集电极收集电子的能力减弱,过剩的电子在基区不断积累起来,称为超量存储电荷,同时集电区靠近边界处也积累起一定的空穴,集电结处于正向偏置。
    当输入电压碥由+U2跳变到-U]时,上述的存储电荷不能立即消失,而是在反向电压作用下产生漂移运动而形成反向基极电流,促使超量存储电荷泄放;在存储电荷消失前,集电极电流维持厶。不变,直至存储电荷全部消散,三极管才开始退出饱和状态,fc开始下降。
    下降时间下降到O.l/e。所需的时间。在基区存储的多余电荷消失后,基区中的电子在反向电压的作用下越来越少,集电极电流fc也不断减小,并逐渐接近于0。
    上述四个参数被称为三极管的开关时间参数。它们都以集电极电流fc变化为基准。
    通常把to。=td+ tr称为开通时间,它反映了三极管从截止到饱和所需的时间;把f。ff= ts +tf称为关闭时间,它反映了三极管从饱和到截止所需的时间。
    开通时间和关闭时间总称为开关时间。它随三极管的类型不同而有很大差别,一般在几十纳秒至几百纳秒的范围。
    以NPN型三极管来说,当三极管的基极有一个高电平时,则三极管饱和导通。这时三极管集电极与发射极之间的电阻很小,发射极电压基本上等于集电极电压,就像开关闭合一样;当三极管的基极有一个低电平时,三极管截止。这时,三极管集电极与发射极之间的电阻很大,集电极电压近似等于电源电压,发射极电压近似等于OV。三极管的截止和导通状态工作示意图如图5-29所示。
    共发射极放大电路只要稍经修改便可用作开关电路。如图5-30所示即为一个采用三极管控制灯泡亮、灭的开关电路。
    在图5-30中,控制信号为一个脉冲信号,脉冲的高度为Ubb(大于0.7V)。当脉冲信号的高度Ul为OV时,fh=0三极管工作在截止区,同时t =O,没有电流流过灯泡,灯泡不亮。这时Ue=Ucc(灯泡两端的压降为0)。
    当脉冲信号的高度U变为Ubb时,fb=(Ubb-0.7V)/Rb。这时三极管的偏压可能在放大区也可能在饱和区,无论如何,灯泡中总有电流流过,所以灯泡是亮的。只要矾在O~Ubb之间切换,就可以控制灯泡亮或不亮。

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