微電子器件第五章開關(guān)特性

1、第五章第五章 二極管和雙極型晶體管的二極管和雙極型晶體管的 開關(guān)特性開關(guān)特性1 P-N結(jié)結(jié)2 直流特性直流特性3 頻率特性頻率特性4 功率特性功率特性5 開關(guān)特性開關(guān)特性（6，7結(jié)型和絕結(jié)型和絕緣柵場效應(yīng)晶體緣柵場效應(yīng)晶體管）管）8 噪聲特性噪聲特性1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間5.3 開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降壓降本章介紹二極管和晶體管的本章介紹二極管和晶體管的開關(guān)作用開關(guān)作用、開開關(guān)過程關(guān)過程，并討論晶體管，并討論晶體管開關(guān)特性開關(guān)特

2、性與其基本與其基本電學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，從而為設(shè)計(jì)和應(yīng)用電學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，從而為設(shè)計(jì)和應(yīng)用開關(guān)管提供必要的理論根據(jù)。開關(guān)管提供必要的理論根據(jù)。 1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性1. p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2. p-n結(jié)開關(guān)特性的基本方程結(jié)開關(guān)特性的基本方程 3.電荷貯存效應(yīng)電荷貯存效應(yīng)4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算圖1-71 二極管的開關(guān)作用示意圖 正電平輸入，二極管導(dǎo)通，開態(tài)正電平輸入，二極管導(dǎo)通，開態(tài)負(fù)電平輸入，二極管截止，關(guān)態(tài)負(fù)電平輸入，二極管截止，關(guān)態(tài)與理想開關(guān)區(qū)別：與理想開關(guān)區(qū)別：1.正向壓降；正向壓降；2.反向漏電

3、流；反向漏電流；3.開關(guān)時(shí)間。開關(guān)時(shí)間。1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性2. p-n結(jié)開關(guān)特性的基本方程結(jié)開關(guān)特性的基本方程1. p-n結(jié)二極管的開關(guān)作用結(jié)二極管的開關(guān)作用3.電荷貯存效應(yīng)電荷貯存效應(yīng)4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算由連續(xù)性方程由連續(xù)性方程22pppppDtxd( )( )(0, )dppppQtQtitt電荷控制法的基本方程電荷控制法的基本方程 在整個擴(kuò)散區(qū)積分求取總電荷在整個擴(kuò)散區(qū)積分求取總電荷 它表示在單位時(shí)間內(nèi)，流入它表示在單位時(shí)間內(nèi)，流入n區(qū)的空穴電荷量，等于單位時(shí)區(qū)的空穴電荷量，等于單位時(shí)間內(nèi)間內(nèi)n區(qū)積累的空穴電荷量加上復(fù)合掉的空穴電荷量。

4、區(qū)積累的空穴電荷量加上復(fù)合掉的空穴電荷量。 (1-150)pfxAqDIdxdp 0) 1ln( RfIIqkTV圖1-72 p+-n結(jié)在導(dǎo)通過程中電流和少子濃度分布隨時(shí)間的變化過程11ffLLVVVIRR1. p-n結(jié)二極管的開關(guān)作用結(jié)二極管的開關(guān)作用2. p-n結(jié)開關(guān)特性的基本方程結(jié)開關(guān)特性的基本方程4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性3.電荷貯存效應(yīng)電荷貯存效應(yīng)1. p-n結(jié)二極管的開關(guān)作用結(jié)二極管的開關(guān)作用2. p-n結(jié)開關(guān)特性的基本方程結(jié)開關(guān)特性的基本方程4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二

5、極管的開關(guān)特性3.電荷貯存效應(yīng)電荷貯存效應(yīng)d( )( )dppfpQtQtIt流過p-n結(jié)的電流基本基本保持不變，則由式(1-150)有 ( )1 eptpfpQtI積分，及 得 00pQt pfpQI 當(dāng)當(dāng)p+-n結(jié)達(dá)到穩(wěn)定的開態(tài)時(shí)，結(jié)達(dá)到穩(wěn)定的開態(tài)時(shí)，n區(qū)內(nèi)貯存的少子電荷量正比于正向注入?yún)^(qū)內(nèi)貯存的少子電荷量正比于正向注入電流和少子壽命。電流和少子壽命。 存儲時(shí)間存儲時(shí)間ts下降時(shí)間下降時(shí)間tf關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間tr=ts+tf，反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間圖1-73 在關(guān)斷過程中p+-n結(jié)內(nèi)電流(a)和少子分布(b)的變化過程1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性1. p-n結(jié)二極管

6、的開關(guān)作用結(jié)二極管的開關(guān)作用2. p-n結(jié)開關(guān)特性的基本方程結(jié)開關(guān)特性的基本方程4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算3.電荷貯存效應(yīng)電荷貯存效應(yīng)外加電壓突然反向時(shí)外加電壓突然反向時(shí)反向恢復(fù)過程對開關(guān)速度的限制電荷貯存效應(yīng)？電荷貯存效應(yīng)？1. p-n結(jié)二極管的開關(guān)作用結(jié)二極管的開關(guān)作用2. p-n結(jié)開關(guān)特性的基本方程結(jié)開關(guān)特性的基本方程4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算3.電荷貯存效應(yīng)電荷貯存效應(yīng)1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性 采用采用電荷法電荷法進(jìn)行計(jì)算。電荷法的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行計(jì)算。電荷法的優(yōu)點(diǎn)是概念清楚，所得公式簡單而便于應(yīng)用概念清楚，所得公式簡單而便于應(yīng)用 。貯存

7、時(shí)間貯存時(shí)間ts正向時(shí)：正向時(shí)：穩(wěn)態(tài)時(shí)：穩(wěn)態(tài)時(shí)：反向時(shí)：反向時(shí)：1. p-n結(jié)二極管的開關(guān)作用結(jié)二極管的開關(guān)作用2. p-n結(jié)開關(guān)特性的基本方程結(jié)開關(guān)特性的基本方程3.電荷貯存效應(yīng)電荷貯存效應(yīng)4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算d( )( )dppfpQtQtItpfpQId( )( )dpprpQtQtIt1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性初始條件：初始條件：解得：解得：pfpIQt , 0 prtrfpIeIItQp認(rèn)為認(rèn)為Ir不變：不變：1線為初始時(shí)刻，線為初始時(shí)刻，Q=Iftp虛線為虛線為x=0處切線處切線2、3、4線平行（斜率、梯度相同）線平行（斜率、梯度相同）斜

8、率為斜率為Ir/AqDp陰影區(qū)面積陰影區(qū)面積=Q(ts)（1-153）4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性圖1-74 反向恢復(fù)過程中n區(qū)空穴分布變化示意圖解得：解得：上述計(jì)算利用邊界少子濃度等于零為邊界條件。上述計(jì)算利用邊界少子濃度等于零為邊界條件。由上式可見，由上式可見，ts與與 p、Ir、If有關(guān)，分別起復(fù)合、抽有關(guān)，分別起復(fù)合、抽取和貯存作用。取和貯存作用。實(shí)際中可用測實(shí)際中可用測ts的方法確定的方法確定 p，是測量少子壽命的是測量少子壽命的簡便方法。簡便方法。)2()(ln2frrfrpsIIIIIt 4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)

9、時(shí)間的計(jì)算1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性下降時(shí)間下降時(shí)間tf實(shí)際下降過程中，結(jié)邊緣附近少子濃度梯度逐漸下降，實(shí)際下降過程中，結(jié)邊緣附近少子濃度梯度逐漸下降，反向電流不再是常數(shù)，問題復(fù)雜。反向電流不再是常數(shù)，問題復(fù)雜?？梢越普J(rèn)為可以近似認(rèn)為Ir不變，而用（不變，而用（1-153）計(jì)算，即認(rèn)為整個）計(jì)算，即認(rèn)為整個反向過程為反向過程為Ir抽取抽取Iftp的時(shí)間，所得結(jié)果較實(shí)際的的時(shí)間，所得結(jié)果較實(shí)際的tf短。短。)1ln( )ln( 15310rffpfrfrprrIIItIIItQtt）條件代入式（時(shí)將4.反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算反向恢復(fù)時(shí)間的計(jì)算1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性

10、結(jié)二極管的開關(guān)特性5. 薄基區(qū)二極管中的貯存電荷薄基區(qū)二極管中的貯存電荷 在在IC中常將中常將npn管的管的cb短路，短路，利 用利 用 e b 結(jié) 作 為 二 極 管 ， 因結(jié) 作 為 二 極 管 ， 因Wp(Wb)Lnb，故稱之為故稱之為薄基薄基區(qū)二極管區(qū)二極管。 正向工作時(shí)，正向工作時(shí)，p區(qū)電子線性區(qū)電子線性分布。分布。向其中注入少子的區(qū)域稱為半導(dǎo)體器件的基區(qū)。 1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性fnIDWQ22 )0(21)0(nAqWQWnAqDInf pfIQdtdQ 0(平均停留時(shí)間)圖1-74 反向恢復(fù)過程中n區(qū)空穴分布變化示意圖5. 薄基區(qū)二極管中的貯存電荷薄

11、基區(qū)二極管中的貯存電荷1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性6. 縮短反向恢復(fù)時(shí)間的措施縮短反向恢復(fù)時(shí)間的措施兩個原則：兩個原則：1.減少貯存電荷量減少貯存電荷量2.加快貯存電荷的消失過程加快貯存電荷的消失過程減小正向電流減小正向電流減小少子擴(kuò)散長度，即縮短少子壽命減小少子擴(kuò)散長度，即縮短少子壽命減薄輕摻雜區(qū)厚度減薄輕摻雜區(qū)厚度縮短少子壽命縮短少子壽命增大抽取電流增大抽取電流1.6 p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性結(jié)二極管的開關(guān)特性5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性1. 晶體管的開關(guān)作用晶體管的開關(guān)作用2. 開關(guān)晶體管的工作狀態(tài)開關(guān)晶體管的工作狀態(tài) 3. 晶體管開關(guān)與二極管開

12、關(guān)的比較晶體管開關(guān)與二極管開關(guān)的比較 4. 開關(guān)運(yùn)用對晶體管的基本要求開關(guān)運(yùn)用對晶體管的基本要求5. 開關(guān)過程簡介開關(guān)過程簡介1. 晶體管的開關(guān)作用晶體管的開關(guān)作用線性區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)cLccceIRVV直流負(fù)載線5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性圖5-1 晶體管開關(guān)電路原理圖 試分析Vce=0時(shí)，Ic=?2. 開關(guān)晶體管的工作狀態(tài)開關(guān)晶體管的工作狀態(tài)5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性圖5-3 三種工作狀態(tài)下基區(qū)和集電區(qū)的少子分布飽和時(shí)，飽和時(shí)，eb結(jié)正偏約結(jié)正偏約0.7V，ce間飽和間飽和壓降約壓降約0.2-0.3V，因而集電結(jié)正偏。這因而集電結(jié)正偏。這是進(jìn)入

13、飽和態(tài)的重要標(biāo)志。是進(jìn)入飽和態(tài)的重要標(biāo)志。處于飽和態(tài)的晶體管處于飽和態(tài)的晶體管ce間壓降稱為間壓降稱為飽和飽和壓降壓降，其值與飽和深度有關(guān)，取決于負(fù)，其值與飽和深度有關(guān)，取決于負(fù)載電阻上承受的電源電壓。載電阻上承受的電源電壓。飽和區(qū)特點(diǎn)：飽和區(qū)特點(diǎn)：l過驅(qū)動過驅(qū)動l飽和壓降（?。╋柡蛪航担ㄐ。﹍集電結(jié)也正偏集電結(jié)也正偏由于負(fù)載電阻限制，集電極電流達(dá)到由于負(fù)載電阻限制，集電極電流達(dá)到集集電極飽和電流電極飽和電流而不能繼續(xù)隨基極電流增而不能繼續(xù)隨基極電流增大。實(shí)際的基極電流（大。實(shí)際的基極電流（驅(qū)動電流驅(qū)動電流）超過）超過與飽和集電極電流相應(yīng)的數(shù)值。與飽和集電極電流相應(yīng)的數(shù)值。2. 開關(guān)晶體管的工

14、作狀態(tài)開關(guān)晶體管的工作狀態(tài)5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性l集電極飽和電流集電極飽和電流l飽和度飽和度l過驅(qū)動因子過驅(qū)動因子l飽和壓降飽和壓降 如果如果在基極交替地施加正、負(fù)脈沖在基極交替地施加正、負(fù)脈沖( (或電平或電平) )，使晶體，使晶體管交替地處于飽和態(tài)和截止態(tài)，對于集電極回路而言。則管交替地處于飽和態(tài)和截止態(tài)，對于集電極回路而言。則是交替地處于導(dǎo)通是交替地處于導(dǎo)通( (開開) )和斷開和斷開( (關(guān)關(guān)) )狀態(tài)，因而可將其作開狀態(tài)，因而可將其作開關(guān)使用。關(guān)使用。LCCCSRVI CSbIIS 2. 開關(guān)晶體管的工作狀態(tài)開關(guān)晶體管的工作狀態(tài)5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開

15、關(guān)晶體管的靜態(tài)特性3. 晶體管開關(guān)與二極管開關(guān)比較晶體管開關(guān)與二極管開關(guān)比較相似之處：相似之處：(1)(1)正向時(shí)正向時(shí)( (導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)) )管子本身有壓降。管子本身有壓降。(2)(2)反向時(shí)反向時(shí)( (截止時(shí)截止時(shí)) )存在漏電流。存在漏電流。(3)(3)存在開關(guān)時(shí)間存在開關(guān)時(shí)間不同之處：不同之處：(1)(1)晶體管開關(guān)的輸出波形與輸入波形相位差晶體管開關(guān)的輸出波形與輸入波形相位差180180。 而二極管開關(guān)是同相位的。前者可在集成電路中而二極管開關(guān)是同相位的。前者可在集成電路中 作倒相器。作倒相器。(2)(2)晶體管開關(guān)有電流及電壓的放大作用，而二極管晶體管開關(guān)有電流及電壓的放大作用，而

16、二極管 開關(guān)沒有。開關(guān)沒有。5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性4. 開關(guān)運(yùn)用對晶體管的基本要求開關(guān)運(yùn)用對晶體管的基本要求l開態(tài)和關(guān)態(tài)特性好開態(tài)和關(guān)態(tài)特性好飽和壓降小，消耗功率?。伙柡蛪航敌。墓β市?；正向壓降小，啟動功率小；正向壓降小，啟動功率??；反向漏電流小。反向漏電流小。l開關(guān)時(shí)間短開關(guān)時(shí)間短5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性5. 開關(guān)過程簡介開關(guān)過程簡介l開關(guān)過程開關(guān)過程延遲延遲上升上升貯存貯存下降下降l開關(guān)時(shí)間開關(guān)時(shí)間延遲時(shí)間延遲時(shí)間td d上升時(shí)間上升時(shí)間tr r貯存時(shí)間貯存時(shí)間ts s下降時(shí)間下降時(shí)間tf f開啟時(shí)間開啟時(shí)間ton關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間tof

17、f開關(guān)時(shí)間開關(guān)時(shí)間5.1 開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性開關(guān)晶體管的靜態(tài)特性5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間1. 電荷控制理論電荷控制理論2. 延遲過程和延遲時(shí)間延遲過程和延遲時(shí)間3. 上升過程和上升時(shí)間上升過程和上升時(shí)間4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間5. 下降過程和下降時(shí)間下降過程和下降時(shí)間6. 提高開關(guān)速度的措施提高開關(guān)速度的措施5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間1. 電荷控制理論電荷控制理論前幾章分析晶體管特性時(shí)是將晶體管看做前幾章分析晶體管特性時(shí)是將晶體管看做“電流控制器件電流控制器件”。對于。對于穩(wěn)態(tài)及小信號運(yùn)用情況比較

18、容易用線性微分方程來描述晶體管的特穩(wěn)態(tài)及小信號運(yùn)用情況比較容易用線性微分方程來描述晶體管的特性。性。在作為開關(guān)運(yùn)用時(shí)，晶體管的輸入信號幅度變化很大，且不是工作在作為開關(guān)運(yùn)用時(shí)，晶體管的輸入信號幅度變化很大，且不是工作在線性區(qū)，而是在截止區(qū)與飽和區(qū)之間跳變。這時(shí)的晶體管表現(xiàn)出在線性區(qū)，而是在截止區(qū)與飽和區(qū)之間跳變。這時(shí)的晶體管表現(xiàn)出高度的高度的非線性非線性。若再采用前面的分析方法會使問題變得很復(fù)雜。若再采用前面的分析方法會使問題變得很復(fù)雜。另一方面，研究晶體管的開關(guān)特性時(shí)，著重討論的是晶體管在由開另一方面，研究晶體管的開關(guān)特性時(shí)，著重討論的是晶體管在由開到關(guān)及由關(guān)到開的過程中到關(guān)及由關(guān)到開的過程

19、中結(jié)偏壓及內(nèi)部電荷的變化趨勢及結(jié)果結(jié)偏壓及內(nèi)部電荷的變化趨勢及結(jié)果，至，至于變化過程的每一瞬間電荷于變化過程的每一瞬間電荷( (載流子載流子) )的具體分布情況并不需要知道，的具體分布情況并不需要知道，因而可以用因而可以用“電荷控制理論電荷控制理論”來討論晶體管的開關(guān)特性。來討論晶體管的開關(guān)特性。5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間1. 電荷控制理論電荷控制理論電荷控制理論的基本思想是從少數(shù)載流子的連續(xù)性方程導(dǎo)出電荷控電荷控制理論的基本思想是從少數(shù)載流子的連續(xù)性方程導(dǎo)出電荷控制分析的基本微分方程，將電流（密度）、電荷和時(shí)間聯(lián)系起來，通制分析的基本微分方程，將電流（密度）

20、、電荷和時(shí)間聯(lián)系起來，通過開關(guān)過程中結(jié)偏壓及內(nèi)部電荷的變化趨勢過開關(guān)過程中結(jié)偏壓及內(nèi)部電荷的變化趨勢( (規(guī)律規(guī)律) )及結(jié)果得出各個階及結(jié)果得出各個階段的時(shí)間。段的時(shí)間。 對于對于npnnpn晶體管，基區(qū)電子連續(xù)性方程為晶體管，基區(qū)電子連續(xù)性方程為 （5-3）（5-4）nnnJqtn )(1nbVnbQdxdydzJtQ )(5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間VsnnnidsnJdxdydzJ)(根據(jù)高斯定理（5-5）（5-6）（5-7）（5-8）1. 電荷控制理論電荷控制理論nbnbQitQ npbiii nbbbQitQ nbbbQitQdd進(jìn)入基區(qū)凈的電子電進(jìn)入基區(qū)凈的電子電流流in凈

21、流入基區(qū)電子對應(yīng)凈流入基區(qū)電子對應(yīng)的電流的電流(-in)電中性要求：流入基區(qū)電子等于流入基區(qū)空穴5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間基區(qū)中電荷隨時(shí)間的變化率等于單位時(shí)間基極基區(qū)中電荷隨時(shí)間的變化率等于單位時(shí)間基極電流所提供的電荷減去在基區(qū)內(nèi)部的復(fù)合損失電流所提供的電荷減去在基區(qū)內(nèi)部的復(fù)合損失穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí) ，有，有 （穩(wěn)態(tài)值，角標(biāo)大寫）（穩(wěn)態(tài)值，角標(biāo)大寫）0ddtQbnBBQI穩(wěn)態(tài)時(shí)，基極電流等于基區(qū)內(nèi)的少子復(fù)合電流穩(wěn)態(tài)時(shí)，基極電流等于基區(qū)內(nèi)的少子復(fù)合電流1. 電荷控制理論電荷控制理論（5-8）nbbbQitQdd5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)

22、間定義定義基極時(shí)間常數(shù)基極時(shí)間常數(shù) 將穩(wěn)態(tài)下基區(qū)貯存的將穩(wěn)態(tài)下基區(qū)貯存的少子電荷與相應(yīng)的基極電流聯(lián)系起來。少子電荷與相應(yīng)的基極電流聯(lián)系起來。nBBBIQ集電極時(shí)間常數(shù)集電極時(shí)間常數(shù)發(fā)射極時(shí)間常數(shù)發(fā)射極時(shí)間常數(shù)CBCIQEBEIQ稱為稱為電荷控制參數(shù)電荷控制參數(shù)，其相互關(guān)系及數(shù)值與器件本身參數(shù)有關(guān)，其相互關(guān)系及數(shù)值與器件本身參數(shù)有關(guān)1. 電荷控制理論電荷控制理論5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間dtdQQibBBb（5-16）sXXTcTebBbbQdtdQdtdQdtdQdtdQQi物理意義：物理意義：基極電流所提供的電荷用于基極電流所提供的電荷用于補(bǔ)充基區(qū)積累電荷的

23、補(bǔ)充基區(qū)積累電荷的復(fù)合損失復(fù)合損失和和基區(qū)電荷的基區(qū)電荷的積累積累，用于，用于發(fā)射結(jié)和發(fā)射結(jié)和集電結(jié)集電結(jié)勢壘電容充電勢壘電容充電，補(bǔ)充超量貯存電荷的補(bǔ)充超量貯存電荷的積累積累及其及其復(fù)合損失復(fù)合損失。1. 電荷控制理論電荷控制理論此即電荷控制分析中描寫瞬態(tài)基極電流與瞬態(tài)基區(qū)電荷關(guān)系的基本方此即電荷控制分析中描寫瞬態(tài)基極電流與瞬態(tài)基區(qū)電荷關(guān)系的基本方程。由于此方程是由穩(wěn)態(tài)方程外推所得的。因而是一個近似方程，此程。由于此方程是由穩(wěn)態(tài)方程外推所得的。因而是一個近似方程，此近似方程也只有在一定的條件下才可以使用（頻率限制）。近似方程也只有在一定的條件下才可以使用（頻率限制）。 計(jì)及結(jié)電容等非本征參數(shù)

24、，完整的電荷控制方程為計(jì)及結(jié)電容等非本征參數(shù)，完整的電荷控制方程為5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間2. 延遲過程和延遲時(shí)間延遲過程和延遲時(shí)間延遲過程延遲過程：當(dāng)晶體管從關(guān)態(tài)向開態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)，輸：當(dāng)晶體管從關(guān)態(tài)向開態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)，輸出端不能立即對輸入脈沖作出響應(yīng)，而產(chǎn)生延出端不能立即對輸入脈沖作出響應(yīng)，而產(chǎn)生延遲過程。定義延遲過程為從正向脈沖輸入到集遲過程。定義延遲過程為從正向脈沖輸入到集電極電極開始有開始有輸出電流的過程。輸出電流的過程。eb結(jié)反偏結(jié)反偏零偏零偏正偏正偏（?。ㄐ。ヽb結(jié)反偏結(jié)反偏反偏反偏（小）（?。?.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間圖5-5 截止?fàn)顟B(tài)晶體管的

25、(a)結(jié)電壓(b)電流傳輸(c)基區(qū)少子分布 圖5-7 延遲過程結(jié)束時(shí)的(a)結(jié)電壓和(b)基區(qū)少子分子 5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間 在延遲過程中，基極電流在延遲過程中，基極電流I IB1B1提供的空穴有下列用途：提供的空穴有下列用途：給給ebeb結(jié)充電；結(jié)充電；給給cbcb結(jié)充電；結(jié)充電；在基區(qū)建立與在基區(qū)建立與0.10.1I Icscs相對應(yīng)的空穴積累以及相對應(yīng)的空穴積累以及補(bǔ)充維持這一電荷積累的復(fù)合損失。補(bǔ)充維持這一電荷積累的復(fù)合損失。 延遲過程就是基極注入電流延遲過程就是基極注入電流I IB1B1向發(fā)射結(jié)勢壘電容充向發(fā)射結(jié)勢壘電容充電、集電結(jié)勢壘電容充

26、電、并在基區(qū)內(nèi)建立起某一穩(wěn)定電、集電結(jié)勢壘電容充電、并在基區(qū)內(nèi)建立起某一穩(wěn)定的電荷積累的過程。的電荷積累的過程。2. 延遲過程和延遲時(shí)間延遲過程和延遲時(shí)間5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間 延遲時(shí)間延遲時(shí)間的計(jì)算將根據(jù)延遲過程中結(jié)電壓和電流的的計(jì)算將根據(jù)延遲過程中結(jié)電壓和電流的變化分兩個階段，分別列出電荷控制方程和求解。變化分兩個階段，分別列出電荷控制方程和求解。第一階段：第一階段： 基極輸入正脈沖基極輸入正脈沖晶體管開始導(dǎo)通晶體管開始導(dǎo)通Ic0第二階段：第二階段： Ic由由00.1Ics實(shí)際的延遲過程實(shí)際的延遲過程屬于上升過程屬于上升過程2. 延遲過程和延遲時(shí)間延遲

27、過程和延遲時(shí)間5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間dtdQdtdQiTeTcbsXXTcTebBbbQdtdQdtdQdtdQdtdQQi1000)()(1)()(djBBjccBBcctVVVVVVcbTcebTeBdVVCdVVCdtI2. 延遲過程和延遲時(shí)間24)-(5 )1 ()1()1 ()0()1 ()1()1 ()0(101110111cceenDcjCCnDcBBCCcBTcDcnDejnDeBBeBTeDedVVVVVVnICVVVVVnICVtnRTRDTRDTVCVVCVVC 31215.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間3. 上升過程和上升時(shí)間上升過

28、程和上升時(shí)間上升過程上升過程：延遲過程結(jié)束，基區(qū)開始積累電荷，：延遲過程結(jié)束，基區(qū)開始積累電荷，并積累相應(yīng)于并積累相應(yīng)于Ic從從0(0.1Ics)到到Ics(0.9Ics)的電荷的電荷（梯度）的過程。（梯度）的過程。eb結(jié)反偏結(jié)反偏零偏零偏正偏正偏（?。ㄐ。ヽb結(jié)反偏結(jié)反偏反偏反偏（?。ㄐ。┱ㄐ。ㄐ。┭舆t延遲上升上升5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間 繼續(xù)向發(fā)射結(jié)勢壘電容充電；繼續(xù)向發(fā)射結(jié)勢壘電容充電； 繼續(xù)向集電結(jié)勢壘電容充電；繼續(xù)向集電結(jié)勢壘電容充電； 增加基區(qū)電荷積累；增加基區(qū)電荷積累； 補(bǔ)充基區(qū)電荷在積累過程的損失補(bǔ)充基區(qū)電荷在積累過程的

29、損失3. 上升過程和上升時(shí)間上升過程和上升時(shí)間nbbbTcTeBQdtdQdtdQdtdQI 1圖5-8 上升過程中基區(qū)少子分布5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間基區(qū)少子分布集電極電流 0-0-0.1Ics-0.9Ics- 發(fā)射結(jié)電壓 -VBB-Vjo(0.5V)-0.7-集電結(jié)電壓 -(Vcc+VBB)- -(Vcc-Vjo)-0V-正偏-時(shí)間節(jié)點(diǎn) 0-td1-td2(t1)- 0-t1-t2-延遲時(shí)間延遲過程上升過程上升時(shí)間t0t1t2td1td2tr上升過程以Ic為標(biāo)志，故將電荷方程變換成Ic的關(guān)系計(jì)算dtdIRCIIdtdIrCdtdIRCdtdIrCIcLTcTDccDccceDec

30、LTcceTeB)1(1 TbeeDeeTeDccnbbceDeceebDecebccbbcLTccLTccbTcTcceTeeeTeebTeTerCrCIQdtdIrCdtdIdIdVCdtdIdIdQdtdIdIdQdtdQdtdIRCdtdIRCdtdVCdtdQdtdIrCdtdIrCdtdVCdtdQ 1式中采用了以下變換:上升過程以Ic為標(biāo)志，故將電荷方程變換成Ic的關(guān)系計(jì)算dtdIRCIIdtdIrCdtdIRCdtdIrCIcLTcTDccDccceDecLTcceTeB)1(1 csDcBcsDcBLTcTDcrcsDcBDcBLTcTDccsccsDcBDcBLTcTDcc

31、scLTcTDcDcBctcIIIIRCtttIIIRCtIIttIIIRCtIIttRCtItII9.01.0ln)1(9.0ln)1(9.01.0ln)1(1.0)1(exp(1)(011121122111110時(shí)，時(shí)，解得：利用初始條件：2dtLTcTBLTcTDcccRCIRCIdtdI 111)(5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間電荷貯存效應(yīng)電荷貯存效應(yīng)：上升過程結(jié)束時(shí)，集電極電流接近：上升過程結(jié)束時(shí)，集電極電流接近（達(dá)到）飽和值（達(dá)到）飽和值Ics，基極復(fù)合電流為基極復(fù)合電流為Ics/ DC（臨界飽臨界飽和

32、基極電流和基極電流），但實(shí)際基極電流大于此值，存在），但實(shí)際基極電流大于此值，存在過驅(qū)過驅(qū)動電流動電流IBX，即基極電流除補(bǔ)充基區(qū)復(fù)合損失外，多余即基極電流除補(bǔ)充基區(qū)復(fù)合損失外，多余部分引起晶體管中電荷的進(jìn)一步積累，形成部分引起晶體管中電荷的進(jìn)一步積累，形成超量存貯超量存貯電荷電荷，并導(dǎo)致集電結(jié)正偏，晶體管進(jìn)入飽和態(tài)。，并導(dǎo)致集電結(jié)正偏，晶體管進(jìn)入飽和態(tài)。 關(guān)斷過程開始時(shí)，超量存貯電荷因復(fù)合和被基極關(guān)斷過程開始時(shí)，超量存貯電荷因復(fù)合和被基極電流抽取而電流抽取而逐漸逐漸消失，使得集電極電流不能立即對輸消失，使得集電極電流不能立即對輸入負(fù)脈沖作出響應(yīng)。入負(fù)脈沖作出響應(yīng)。5.2 晶體管的開關(guān)過程和開

33、關(guān)時(shí)間4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間圖5-9 飽和態(tài)晶體管的載流子分布 圖5-10 飽和態(tài)時(shí)的載流子流動示意圖 圖5-11 晶體管關(guān)斷過程電路原理圖 圖5-12 超量存貯電荷的消失 5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間貯存時(shí)間貯存時(shí)間的計(jì)算即討論超量貯存電荷的消失的計(jì)算即討論超量貯存電荷的消失定義貯存時(shí)間常數(shù)定義貯存時(shí)間常數(shù)BXXBXXsIQdIdQ其中，其中，QX為晶體管中總的為晶體管中總的超量貯存電荷超量貯存電荷。 s則是過驅(qū)動電流則是過驅(qū)動電流IBX對基區(qū)、集電區(qū)充電以形成超量貯存電荷的對基區(qū)、集電區(qū)充電

34、以形成超量貯存電荷的充電時(shí)間常數(shù)充電時(shí)間常數(shù)。4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間sXXTcTebBbbQdtdQdtdQdtdQdtdQQi2BsXXnbBbIQdtdQQi2BsXDCCSXIQIdtdQ超量貯存電超量貯存電荷的消失荷的消失基區(qū)電荷基區(qū)電荷QB的復(fù)合電流的復(fù)合電流超量貯存電荷超量貯存電荷自身復(fù)合的復(fù)自身復(fù)合的復(fù)合電流合電流基極抽取基極抽取電流電流4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間(5-35)5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間變換（變換（5-35）為）為)(2D

35、CCSBSXXIIQdtdQ（5-36）初始條件初始條件)(103DCCSBSBXSttXIIIQ解得解得（5-37）)()(221DCCSBStBBSXIIeIIQS4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間當(dāng)當(dāng)t=ts1時(shí)，超量貯存電荷完全消失時(shí)，超量貯存電荷完全消失QX=0，代入代入(5-37)得得（5-38） 至此，存貯過程結(jié)束，但至此，存貯過程結(jié)束，但I(xiàn)C尚未減小，即存貯尚未減小，即存貯時(shí)間的時(shí)間的tS2將在下降過程中計(jì)算。將在下降過程中計(jì)算。4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間)ln()ln(2212

36、211CSBDcBDcBDcsDcCSBBBssIIIIIIIIt 5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間貯存時(shí)間常數(shù)S的計(jì)算eb結(jié)IF形成QBSFcb結(jié)IRn形成QBSRcb結(jié)IRp形成QCS基區(qū)總電荷QBS=QBSF+QBSRIBS對應(yīng)的QB晶體管中總的超量存貯電荷為QX=QBSF+QBSR+QCS-Qb4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間圖5-135.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間BXEERpCSRnERFEsBXBCSBSRBSFsIIIIIIQQQQ 或?qū)懗苫驅(qū)懗蒖RcsREREs1)1 (貯存時(shí)間常數(shù)的普遍形式: 5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和

37、開關(guān)時(shí)間縮短貯存時(shí)間的途徑：縮短貯存時(shí)間的途徑：縮短集電區(qū)少子壽命，既可減小縮短集電區(qū)少子壽命，既可減小QCS，又可加速又可加速Q(mào)CS的消的消失失摻金摻金金在硅中有兩個能級，在金在硅中有兩個能級，在n n型硅中，型硅中，金接受電子，受主能級起主要作金接受電子，受主能級起主要作用。在用。在p p型硅中，金釋放電子，施型硅中，金釋放電子，施主能級起主要作用。主能級起主要作用。在在n n型硅中的受主能級對空穴的俘型硅中的受主能級對空穴的俘獲能力約比其在獲能力約比其在P P型硅中施主能級型硅中施主能級對電子的俘獲能力大一倍。因此，對電子的俘獲能力大一倍。因此，在在Si-npnSi-npn管中摻金既可以

38、有效地管中摻金既可以有效地縮短縮短 pcpc而又不至于影響而又不至于影響 nbnb，從而從而不會影響電流放大系數(shù)。不會影響電流放大系數(shù)。4. 電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間電荷貯存效應(yīng)和貯存時(shí)間5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間5. 下降過程和下降時(shí)間下降過程和下降時(shí)間貯存過程貯存過程結(jié)束時(shí)，結(jié)束時(shí)，QX=0，QB相相當(dāng)于上升過程結(jié)束時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)于上升過程結(jié)束時(shí)的狀態(tài)。IB2繼續(xù)抽取繼續(xù)抽取QB、QTc及及QTeIC由由ICS0.9ICS0.1ICS為上升過程的逆過程：為上升過程的逆過程：QB、IC、Veb、Vcb圖5-15 下降過程基區(qū)少子的變化 5.2 晶體管的開關(guān)過程和

39、開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間于是，于是，nbbBbTcTeQIdtdQdtdQdtdQ2)(（5-42）5. 下降過程和下降時(shí)間下降過程和下降時(shí)間n基極電流的作用基極電流的作用n在上升過程中，基極在上升過程中，基極驅(qū)動電流驅(qū)動電流IB1注入空穴注入空穴n對對CTe、CTc充電；充電；n積累積累Qb；n補(bǔ)充補(bǔ)充Qb積累積累過程過程中的復(fù)合中的復(fù)合n基極抽取電流基極抽取電流-IB2抽抽走空穴走空穴n使使CTe、CTc放電放電;n抽走抽走Qbn基區(qū)復(fù)合的作用基區(qū)復(fù)合的作用n在上升過程中，復(fù)合作在上升過程中，復(fù)合作用阻礙用阻礙Qb的積累，延緩的積累，延緩上升過程，增大上升過程，增大trn在下降過

40、程中，復(fù)合作在下降過程中，復(fù)合作用加快用加快Qb的消失，加速的消失，加速下降過程，縮短下降過程，縮短tf5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間代入相關(guān)各量與代入相關(guān)各量與Ic關(guān)系關(guān)系（5-43）利用利用t=t3=0時(shí)，時(shí)，Ic=Ics為初始條件，解得為初始條件，解得DCBRCtCSDCBCIeIIILTcTDC 2)1(2)( （5-44）5. 下降過程和下降時(shí)間下降過程和下降時(shí)間)1()1(2LTcTBLTcTDcccRCIRCIdtdI LTcTBLTcTDcccRCIRCIdtdI1)1(15.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間342tttS存貯時(shí)間第二段5. 下降過程

41、和下降時(shí)間(5-45)(5-46)(5-47)5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間基區(qū)少子分布集電極電流 Ics-Ics-0.9Ics-0.1Ics- 發(fā)射結(jié)電壓 0.7V-0.7V-0.5-零偏-反偏集電結(jié)電壓 正偏-0V-0V-反偏-貯存時(shí)間貯存過程下降過程下降時(shí)間t3t4t5ts1ts2tf5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間6. 提高開關(guān)速度的措施提高開關(guān)速度的措施tdtrtstf減小結(jié)面積，減小結(jié)面積，以減小結(jié)電以減小結(jié)電容容減小減小IB2，增增大大IB1減小結(jié)面積，減小結(jié)面積，以減小結(jié)電容以減小結(jié)電容減小基區(qū)寬度，減小基區(qū)寬度，更快建立梯度更快建立梯度增加基區(qū)

42、少子增加基區(qū)少子壽命，加強(qiáng)基壽命，加強(qiáng)基區(qū)輸運(yùn)，減小區(qū)輸運(yùn)，減小復(fù)合復(fù)合增大增大IB1IB1不要太大，不要太大，不要飽和太深不要飽和太深減小減小Wc或或Lpc加大加大IB2減小減小 pc摻金摻金減小結(jié)面積，減小結(jié)面積，以減小結(jié)電容以減小結(jié)電容減小基區(qū)寬度，減小基區(qū)寬度，更快建立梯度更快建立梯度增大增大IB25.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間 綜合分析晶體管的開關(guān)過程，要想提高開關(guān)速度，也就是要求綜合分析晶體管的開關(guān)過程，要想提高開關(guān)速度，也就是要求ebeb結(jié)、結(jié)、cbcb結(jié)勢壘電容充電快，基區(qū)電荷積累快結(jié)勢壘電容充電快，基區(qū)電荷積累快“開開”快；飽和深度快；飽和深度不

43、要太深，超量存貯電荷少，并能盡快被抽走或復(fù)合不要太深，超量存貯電荷少，并能盡快被抽走或復(fù)合“關(guān)關(guān)”快?？?。但這些要求往往是互相矛盾的。如增大但這些要求往往是互相矛盾的。如增大I IB1B1，可使可使C CTeTe、C CTcTc充電快，充電快，Q Qb b積積累快，但這會增加飽和深度累快，但這會增加飽和深度S S，使使t tS S增加；又如增大增加；又如增大(-(-I IB2B2) )，可有效地可有效地降低降低t tf f但若通過減小但若通過減小R Rb b來實(shí)現(xiàn)，又會使來實(shí)現(xiàn)，又會使I IB1B1、t tS S增大；若增加增大；若增加(-(-V VBBBB) )，又又會使會使t td d增加

44、，所以四個時(shí)間不能同時(shí)縮短。增加，所以四個時(shí)間不能同時(shí)縮短。 其中以貯存時(shí)間其中以貯存時(shí)間t tS S為最長，所以如何縮短為最長，所以如何縮短t tS S便成了縮短開關(guān)時(shí)間便成了縮短開關(guān)時(shí)間的主要目標(biāo)。的主要目標(biāo)。 6. 提高開關(guān)速度的措施提高開關(guān)速度的措施5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間6. 提高開關(guān)速度的措施其中以貯存時(shí)間其中以貯存時(shí)間tS為最長為最長5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間( (一一) )開關(guān)管的設(shè)計(jì)思想開關(guān)管的設(shè)計(jì)思想 (1) (1)Si-npnSi-npn管摻金管摻金：既不影響電流增益又可有效地減小集電區(qū)少子：既不影響電流增益又可有效地減小集電區(qū)

45、少子空穴壽命，一方面減少導(dǎo)通時(shí)的超量存貯空穴壽命，一方面減少導(dǎo)通時(shí)的超量存貯Q Qcscs，同時(shí)加速關(guān)閉時(shí)的同時(shí)加速關(guān)閉時(shí)的復(fù)合。復(fù)合。 (2) (2)采用外延結(jié)構(gòu)采用外延結(jié)構(gòu)并：減小外延層厚度，并：減小外延層厚度，降低外延層電阻率，以降低外延層電阻率，以減小集電區(qū)少于壽命。前者從空間、后者從時(shí)間上限制減小集電區(qū)少于壽命。前者從空間、后者從時(shí)間上限制Q Qcscs。這兩項(xiàng)措這兩項(xiàng)措施也同時(shí)減小集電區(qū)串聯(lián)電阻施也同時(shí)減小集電區(qū)串聯(lián)電阻r rcscs，從而對減小飽和壓降從而對減小飽和壓降V Vcesces有利。但有利。但它們都會影響集電結(jié)耐壓能力。所以在考慮采用時(shí)要注意兼顧。它們都會影響集電結(jié)耐壓

46、能力。所以在考慮采用時(shí)要注意兼顧。 (3) (3)減小結(jié)面積減小結(jié)面積，以減小，以減小C CTeTe、C CTcTc，這可有效地縮短這可有效地縮短t td d、t tr r、t tf f。但結(jié)但結(jié)面積最小尺寸受集電極最大電流面積最小尺寸受集電極最大電流J JCMCM及工藝水平的限制。及工藝水平的限制。 (4) (4)減小基區(qū)寬度減小基區(qū)寬度，減小，減小Q Qb b，可使可使t tr r、t tf f大大降低大大降低( (濃度梯度變化快濃度梯度變化快) )。6. 提高開關(guān)速度的措施提高開關(guān)速度的措施5.2 晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時(shí)間( (二二) )開關(guān)管應(yīng)用電路選擇原則

47、開關(guān)管應(yīng)用電路選擇原則 (1)加大加大IB1:充電快，可縮短充電快，可縮短td、tr。同時(shí)由于同時(shí)由于IB1較大，增加了飽和深較大，增加了飽和深度度S，對降低飽和壓降對降低飽和壓降Vces有利，但同時(shí)也由于增加了超量存貯電荷量有利，但同時(shí)也由于增加了超量存貯電荷量而使而使tS延長，一般控制延長，一般控制S4來選擇適當(dāng)?shù)膩磉x擇適當(dāng)?shù)腎B1。 (2)加大加大(-IB2)：反向抽取快，可縮短反向抽取快，可縮短tS、tf，但要注意應(yīng)選在但要注意應(yīng)選在-VBB和和Rb的允許范圍之內(nèi)。的允許范圍之內(nèi)。 (3)非飽和運(yùn)用：晶體管工作在臨界飽和區(qū)。其中沒有超量存貯電非飽和運(yùn)用：晶體管工作在臨界飽和區(qū)。其中沒有

48、超量存貯電荷荷Qx，則則tS0，但此時(shí)但此時(shí)c、e之間的壓降之間的壓降Vce較高較高(接近接近0.7V)。是否可以是否可以非飽和運(yùn)用要視電路條件而定。非飽和運(yùn)用要視電路條件而定。 (4)負(fù)載電阻的選擇；在負(fù)載電阻的選擇；在Vcc與與IB1一定時(shí)，選擇較小的一定時(shí)，選擇較小的RL可使晶體管可使晶體管不致進(jìn)入太深的飽和態(tài)，有利于縮短不致進(jìn)入太深的飽和態(tài)，有利于縮短tS。但但RL減小會使減小會使ICS增大，從而增大，從而延長了延長了tr、tf，并增大了功耗。并增大了功耗。 考慮管殼電容、引線電容等寄生電容的影響，考慮管殼電容、引線電容等寄生電容的影響，RL盡量小些。盡量小些。6. 提高開關(guān)速度的措施

49、提高開關(guān)速度的措施5.3 開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降 正向壓降、飽和壓降和開關(guān)正向壓降、飽和壓降和開關(guān)時(shí)間一樣，都屬于開關(guān)晶體管的時(shí)間一樣，都屬于開關(guān)晶體管的特征參數(shù)。特征參數(shù)。 定義：當(dāng)晶體管驅(qū)動到飽和定義：當(dāng)晶體管驅(qū)動到飽和態(tài)時(shí)，基極態(tài)時(shí)，基極發(fā)射極間發(fā)射極間( (輸入端輸入端) )的電壓降稱為的電壓降稱為共發(fā)射極正向壓降共發(fā)射極正向壓降，記為記為Vbes。此時(shí)輸出端此時(shí)輸出端(集電極集電極發(fā)射極之間發(fā)射極之間)的電壓降稱為的電壓降稱為共發(fā)射共發(fā)射極飽和壓降極飽和壓降，記為，記為Vces。圖5-17 npn晶體管飽和態(tài)等效電路 5.3 開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降1. 正向壓降正向壓降Vbes 即發(fā)射極與基極兩極之間的電壓降。它包括：即發(fā)射極與基極兩極之間的電壓降。它包括：ebeb結(jié)的結(jié)壓降結(jié)的結(jié)壓降Ve e；ebeb結(jié)到基極電極接觸之間的基區(qū)體電阻結(jié)到基極電極接觸之間的基區(qū)體電阻r rb b上的電壓降上的電壓降Ib brb b；ebeb結(jié)到發(fā)射極電極接觸之間的發(fā)射區(qū)體電阻結(jié)到發(fā)射極電極接觸之間的發(fā)射區(qū)體電阻r reses上的壓降上的壓降Ie ereses。 esebbebesrIrI