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三極管的開關電路

發布時間:2013/5/22 21:22:28 訪問次數:3001

    在實際電路中,除了使用三極管DS4-S-24V放大電路之外,還經常用到三極管開關電路。三極管開關電路在電路中通常用作電子開關。工作在開關狀態下的三極簪處于兩種狀態,即飽和(導通)狀態和截止狀態。
    三極管在飽和與截止兩種狀態轉換過程中具有的特性稱為三極管的動態特性。三極管與二極管一樣,內部也存在著電荷的建立與消失過程。因此,飽和與截止兩種狀態也需要一定的時間才能完成。
   為了對三極管的瞬態過程進行定量描述,通常引入以下幾個參數來表征。

          
    延遲時間幻:從+Ub2加入到集電極電流fc上升到。所需要的時間。當三極管處于截止狀態時,發射極反偏,空間電荷區比較寬。當輸入信號跳變到+U2時,由于發射結空間電荷區仍保持在截止時的寬度,故發射區的電子還不能立即穿過發射結到達基區。這時,發射區的電子進入空間電荷區,使空間電荷區變窄,然后發射區開始向基區發射電子,三極管開始導通。
    上升時間矗:上升到0.9厶。所需的時間。發射區不斷向基區注入電子,電子在基區積累,并向集電區擴散形成集電極電流fc。隨著基區電子濃度的增加,fc不斷增大。

          
    存儲時間毛:從輸入信號- Ub2到fc降到0.9。所需的時間。經過上升時間后,集電極電流繼續增加到,這時由于進入了飽和狀態,集電極收集電子的能力減弱,過剩的電子在基區不斷積累起來,稱為超量存儲電荷,同時集電區靠近邊界處也積累起一定的空穴,集電結處于正向偏置。
    當輸入電壓碥由+U2跳變到-U]時,上述的存儲電荷不能立即消失,而是在反向電壓作用下產生漂移運動而形成反向基極電流,促使超量存儲電荷泄放;在存儲電荷消失前,集電極電流維持厶。不變,直至存儲電荷全部消散,三極管才開始退出飽和狀態,fc開始下降。
    下降時間下降到O.l/e。所需的時間。在基區存儲的多余電荷消失后,基區中的電子在反向電壓的作用下越來越少,集電極電流fc也不斷減小,并逐漸接近于0。
    上述四個參數被稱為三極管的開關時間參數。它們都以集電極電流fc變化為基準。
    通常把to。=td+ tr稱為開通時間,它反映了三極管從截止到飽和所需的時間;把f。ff= ts +tf稱為關閉時間,它反映了三極管從飽和到截止所需的時間。
    開通時間和關閉時間總稱為開關時間。它隨三極管的類型不同而有很大差別,一般在幾十納秒至幾百納秒的范圍。
    以NPN型三極管來說,當三極管的基極有一個高電平時,則三極管飽和導通。這時三極管集電極與發射極之間的電阻很小,發射極電壓基本上等于集電極電壓,就像開關閉合一樣;當三極管的基極有一個低電平時,三極管截止。這時,三極管集電極與發射極之間的電阻很大,集電極電壓近似等于電源電壓,發射極電壓近似等于OV。三極管的截止和導通狀態工作示意圖如圖5-29所示。
    共發射極放大電路只要稍經修改便可用作開關電路。如圖5-30所示即為一個采用三極管控制燈泡亮、滅的開關電路。
    在圖5-30中,控制信號為一個脈沖信號,脈沖的高度為Ubb(大于0.7V)。當脈沖信號的高度Ul為OV時,fh=0三極管工作在截止區,同時t =O,沒有電流流過燈泡,燈泡不亮。這時Ue=Ucc(燈泡兩端的壓降為0)。
    當脈沖信號的高度U變為Ubb時,fb=(Ubb-0.7V)/Rb。這時三極管的偏壓可能在放大區也可能在飽和區,無論如何,燈泡中總有電流流過,所以燈泡是亮的。只要礬在O~Ubb之間切換,就可以控制燈泡亮或不亮。

    在實際電路中,除了使用三極管DS4-S-24V放大電路之外,還經常用到三極管開關電路。三極管開關電路在電路中通常用作電子開關。工作在開關狀態下的三極簪處于兩種狀態,即飽和(導通)狀態和截止狀態。
    三極管在飽和與截止兩種狀態轉換過程中具有的特性稱為三極管的動態特性。三極管與二極管一樣,內部也存在著電荷的建立與消失過程。因此,飽和與截止兩種狀態也需要一定的時間才能完成。
   為了對三極管的瞬態過程進行定量描述,通常引入以下幾個參數來表征。

          
    延遲時間幻:從+Ub2加入到集電極電流fc上升到。所需要的時間。當三極管處于截止狀態時,發射極反偏,空間電荷區比較寬。當輸入信號跳變到+U2時,由于發射結空間電荷區仍保持在截止時的寬度,故發射區的電子還不能立即穿過發射結到達基區。這時,發射區的電子進入空間電荷區,使空間電荷區變窄,然后發射區開始向基區發射電子,三極管開始導通。
    上升時間矗:上升到0.9厶。所需的時間。發射區不斷向基區注入電子,電子在基區積累,并向集電區擴散形成集電極電流fc。隨著基區電子濃度的增加,fc不斷增大。

          
    存儲時間毛:從輸入信號- Ub2到fc降到0.9。所需的時間。經過上升時間后,集電極電流繼續增加到,這時由于進入了飽和狀態,集電極收集電子的能力減弱,過剩的電子在基區不斷積累起來,稱為超量存儲電荷,同時集電區靠近邊界處也積累起一定的空穴,集電結處于正向偏置。
    當輸入電壓碥由+U2跳變到-U]時,上述的存儲電荷不能立即消失,而是在反向電壓作用下產生漂移運動而形成反向基極電流,促使超量存儲電荷泄放;在存儲電荷消失前,集電極電流維持厶。不變,直至存儲電荷全部消散,三極管才開始退出飽和狀態,fc開始下降。
    下降時間下降到O.l/e。所需的時間。在基區存儲的多余電荷消失后,基區中的電子在反向電壓的作用下越來越少,集電極電流fc也不斷減小,并逐漸接近于0。
    上述四個參數被稱為三極管的開關時間參數。它們都以集電極電流fc變化為基準。
    通常把to。=td+ tr稱為開通時間,它反映了三極管從截止到飽和所需的時間;把f。ff= ts +tf稱為關閉時間,它反映了三極管從飽和到截止所需的時間。
    開通時間和關閉時間總稱為開關時間。它隨三極管的類型不同而有很大差別,一般在幾十納秒至幾百納秒的范圍。
    以NPN型三極管來說,當三極管的基極有一個高電平時,則三極管飽和導通。這時三極管集電極與發射極之間的電阻很小,發射極電壓基本上等于集電極電壓,就像開關閉合一樣;當三極管的基極有一個低電平時,三極管截止。這時,三極管集電極與發射極之間的電阻很大,集電極電壓近似等于電源電壓,發射極電壓近似等于OV。三極管的截止和導通狀態工作示意圖如圖5-29所示。
    共發射極放大電路只要稍經修改便可用作開關電路。如圖5-30所示即為一個采用三極管控制燈泡亮、滅的開關電路。
    在圖5-30中,控制信號為一個脈沖信號,脈沖的高度為Ubb(大于0.7V)。當脈沖信號的高度Ul為OV時,fh=0三極管工作在截止區,同時t =O,沒有電流流過燈泡,燈泡不亮。這時Ue=Ucc(燈泡兩端的壓降為0)。
    當脈沖信號的高度U變為Ubb時,fb=(Ubb-0.7V)/Rb。這時三極管的偏壓可能在放大區也可能在飽和區,無論如何,燈泡中總有電流流過,所以燈泡是亮的。只要礬在O~Ubb之間切換,就可以控制燈泡亮或不亮。

相關技術資料
5-22三極管的開關電路
相關IC型號
DS4-S-24V
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