晶体管的开关特性概论

晶体管的开关原理
晶体管是一种用于控制电流流动的电子器件。

它由三个区域组成：发射区域(Emitter)、基区域(Base)和集电区域(Collector)。

晶体管的开关原理基于PN结的门控特性。

在晶体管中，PN结扮演着关键的角色。

PN结由一个N型半
导体和一个P型半导体组成，形成一个电荷分布不均匀的区域。

在PN结中，N型半导体的电子与P型半导体的空穴发生
复合，产生一个带电区域，称为耗尽区域。

当没有电压应用到晶体管的基极时，耗尽区域扩展到整个PN 结，并阻止电流流动。

这时，晶体管处于关闭状态。

然而，当在基极上施加一个正向电压时，P型半导体变得更加
正向偏置，N型半导体变得更加负向偏置。

这样，耗尽区域被压缩，形成一个导电通道，允许电流流动。

晶体管处于打开状态。

控制晶体管状态的电压称为基极电压。

当基极电压低于一个特定的阈值电压时，晶体管关闭；当基极电压高于该阈值电压时，晶体管打开。

这使晶体管能够被用作一个开关，用来控制电流的流动。

总之，晶体管的开关原理基于PN结的门控特性。

通过对基极
电压的控制，晶体管可以在关闭和打开状态之间切换，实现电流的开关控制。

第1节双极型晶体管的开关特性及简单门所有数字集成电路都是由晶体二极管、晶体三极管和场效应管组成的。

它们大部分工作在导通和截止状态，相当于开关的“接通”和“断开”，因此被称为电子开关。

电子开关较机械开关具有速度高、可靠程度高、无抖动、功耗低、体积小等诸多优点。

本节将讨论双极型晶体管的开关特性。

、晶体二极管的开关特性在数字电路中，晶体二极管（以下简称二极管）常工作于开关状态，在数字信号作用下，它时而导通，时而截止，相当于开关的“闭合”与“断开”。

研究二极管的开关特性，就是要分析它在什幺条件下导通，什幺条件下截止，既要分析其静态开关特性，也要分析它在导通与截止两种状态之间的转换过程，即分析其动态开关特性。

1 •二极管静态开关特性（1）二极管正向导通时的特点及导通条件以硅二极管为例，当外加正向电压使二极管承受一定的正向偏置时，二极管正向导通，其电压、电流正方向如图2-2所示。

图2-3为二极管的伏一安特性曲线，它是二极管电流与两端电压的关系曲线图2-2二极管开关电路图2-3 二极管伏一安特性曲线（未按比例画出）当二极管外加正向电压二》时，二极管导通，此后，随着外加电压增大，电流按指数规律变化。

VON是二极管的门槛（阈值、开启）电压，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V。

'一 > ：时，特性趋于直线，VD基本不随电流变化。

VD称为二极管的导通压降，硅管约为0.7V，锗管约为0.3V。

在数字电路的分析估算中，常将VD=0.7 V视为硅二极管的导通条件。

图2-4二极管正向导通时的等效电路图2-5二极管截止时的等效电路图2-4为二极管正向导通时的等效电路。

当外加正向电压VIH（输入信号高电平）使硅二极管导通后，可近似认为: 保持0.7V不变。

因此，在数字信号作用下二极管正向导通时，它相当于一个具有0.7V压降的闭合的开关。

（2）二极管截止时的特点及截止条件当外加电压较小或者承受反向偏置时，二极管截止。

半导体物理器件设计报告
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课题：晶体管的开关特性
前言：晶体管开关电路的输出回路受到输入回路的控制，且当输入一个正的脉冲电压时，集电极将输出一个放大了的负脉冲电压。

所以晶体管适宜做开关。

一．理想开关应有如下直流特征：
1.输出端受输入信号的控制而处于导通或关断两种状态之一
2.导通时开关上的电压为0。

3.关断时流过开关的电流为0。

4.输入端及开关本身均不消耗功率。

二．实际晶体管与理想开关的区别：
1.开态时，Vce虽很小但不为0.
2.关态时，Ic虽很小但也不为0.
三．晶体管的开关特性：
1.静态特性：晶体管处于开态或关态时端电流电压之间关
系。

（静态参数：临界饱和电流增益，饱和深度，开态阻抗，关态阻抗）
2.晶体管在开态和关态之间转换时，端电流电压随时间变化
的特性。

（延迟时间，上升时间，储存时间，下降时间）四．晶体管开关电路图
五．静态特性。

六．动态特性.
晶体管的开关过程
七．饱和开关的优点：
1.导通状态时压降很小，因此晶体管的功率很小。

2.抗干扰性好。

八．总结
关态工作点可能在截至区，也可能在工作区；开态工作在饱和区或工作区。

开态时晶体管饱和的开关电路称饱和开关，工作在放大区则称非饱和开关。

晶体管开关不是理想开关，关态工作在截至区，导通时饱和是最接近于理想开关的工作模式，同其他模式比，截至区的集电极电流最小。

关态阻抗最高，饱和工作的晶体管压降最小，开态阻抗最低。