晶体三极管开关特性

三极管的开关特性在脉冲与数字电路中，三极管作为最基本的开关元件得到了普遍的应用。

三极管工作在饱和状态时，其UCES≈0，相当于开关的接通状态；工作在截止状态时，IC≈0，相当于开关的断开状态，因此，三极管可当做开关器件使用。

结型场效应管场效应管（Fjeld Effect Transistor简称FET ）是利用电场效应来控制半导体中电流的一种半导体器件，故因此而得名。

场效应管是一种电压控制器件，只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型晶体管。

与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。

场效应管有两大类，结型场效应管JFET和绝缘栅型场效应管IGFET，后者性能更为优越，发展迅速，应用广泛。

图Z0121 为场效应管的类型及图形、符号。

一、结构与分类图 Z0122为N沟道结型场效应管结构示意图和它的图形、符号。

它是在同一块N型硅片的两侧分别制作掺杂浓度较高的P型区（用P+表示），形成两个对称的PN结，将两个P区的引出线连在一起作为一个电极，称为栅极（g），在N型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。

在形成PN结过程中，由于P+区是重掺杂区，所以N一区侧的空间电荷层宽度远大二、工作原理N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。

下面以N沟道结型场效应管为例来分析其工作原理。

电路如图Z0123所示。

由于栅源间加反向电压，所以两侧PN结均处于反向偏置，栅源电流几乎为零。

漏源之间加正向电压使N型半导体中的多数载流子-电子由源极出发，经过沟道到达漏极形成漏极电流ID。

1．栅源电压UGS对导电沟道的影响（设UDS＝0）在图Z0123所示电路中，UGS ＜0，两个PN结处于反向偏置，耗尽层有一定宽度，ID=0。

若|UGS| 增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大；若|UGS| 减小，耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。

晶体管伏安特性与开关特性图文说明1. 晶体管伏安特性曲线⑴输入特性曲线输入特性曲线是指当集电极与发射极之间电压U CE 为常数时， 输入回路中加在晶体管基极与发射极之间的发射结电压u BE 和基极电流i B 之间的关系曲线，如图2.7所示。

用函数关系式表示为:常数==CE BE B u u f i |)(⑵输出特性曲线输出特性曲线是在基极电流i B 一定的情况下，晶体管的集电极输出回路中，集电极与发射极之间的管压降u CE 和集电极电流i C 之间的关系曲线，如图2.8所示。

用函数式表示为常数==B CE C i u f i |)(图2.7 晶体管的输入特性曲线 图2.7输出特性曲线①截止区习惯上把i B ≤0的区域称为截止区，即i B ＝0的输出特性曲线和横坐标轴之间的区域。

若要使i B ≤0，晶体管的发射结就必须在死区以内或反偏，为了使晶体管能够可靠截止，通常给晶体管的发射结加反偏电压。

②放大区在这个区域内，发射结正偏，集电结反偏i C 与i B 之间满足电流分配关系i C ＝βi B ＋I CEO ， 输出特性曲线近似为水平线。

③饱和区如果发射结正偏时，出现管压降u CE ＜0.7V (对于硅管来说)，也就是u CB ＜0 的情况，称晶体管进入饱和区。

所以饱和区的发射结和集电结均处于正偏状态。

饱和区中的i B 对i C 的影响较小，放大区的β也不再适用于饱和区。

2.晶体管的开关特性从上述可知，当U C >U B >U E 时，三极管集的电极电流与基极电流成C B I I β=关系，而且调整RX1电阻（集电极电阻），使U CE 从0-5V 变化，此时的I C 值已最大。

即：当U C >U B >U E 时，集电极电流I C 最大值。

所谓晶体管的开关特性是指，当U C >U B >U E 时，集电极到发射极相当于有大电流流过，U CE =0V ，电源电压全部作用于集电极电阻上；当U C >U B =U E 时（或U C >U E >U B ）时，集电极无电流流过，即I C =0A ，相当于晶体管的集电极与发射极断开，U CE 等于电源电压。

晶体管开关特性、限幅器与钳位器实验二晶体管开关特性、限幅器与钳位器1. 实验目的（1）观察晶体二极管、三极管的开关特性，了解外电路参数变化对晶体管开关特性的影响（2）掌握限幅器和钳位器的基本工作原理。

2. 实验原理（1）晶体二极管的开关特性由于晶体二极管具有单向导电性，故英开关特性表现在正向导通与反向截止两种不同状态的转换过程。

如图2—1电路，输入端施加一方波激励信号％,由于二极管结电容的存在，因而有充电、放电和存贮电荷的建立与消散的过程。

因此当加在二极管上的电压突然由正向偏B（+K）变为反向偏置（-?时，二极管并不立即截止，而是出现一个较大的反向电流-冬，并维持R一段时间：（称为存贮时间）后，电流才开始减小，再经徐（称为下降时间）后，反向电流才等于静态特性上的反向电流厶，将tr=ts+tf叫做反向恢复时间，纭与二极管的结构有关，PN结面积小，结电容小，存贮电荷就少，匚就短，同时也与正向导通电流和反向电流有关。

当管子选泄后，减小正向导通电流和增大反向驱动电流，可加速电路的转换过程。

（2）晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性是指它从截止到饱和导通，或从饱和导通到截止的转换过程，而且这种转换都需要一泄的时间才能完成。

如图2-2电路的输入端，施加一个足够幅度（在-％和+%之间变化）的矩形脉冲电压%激励信号，就能使晶体管从截止状态进入饱和导通，再从饱和进入截止。

可见晶体管T的集电极电流几和输出电压K 的波形已不是一个理想的矩形波，其起始部分和平顶部分都延迟了一段时间，苴上升沿和下降沿都变得缓慢了，如图2—2波形所示，从上开始跃升到丄上升到0.1A，所需时间定义为延迟时间乱，而丄从0.1矗增长到0.9矗的时间为上升时间“从K开始跃降到i.下降到0.9厶s 的时间为存贮时间ts,而几从0.9lcs下降到0.1忑的时间为下降时间如通常称1^=1Atr为三极管开关的“接通时间”，toff=ts+tf称为“断开时间”,形成上述开关特性的主要原因乃是晶体管结电容之故。

npn与pnp作开关三极管（原创版）目录1.NPN 与 PNP 型三极管的概述2.NPN 与 PNP 型三极管的结构和工作原理3.NPN 与 PNP 型三极管的开关特性4.NPN 与 PNP 型三极管的应用5.结论正文【1.NPN 与 PNP 型三极管的概述】三极管，又称双极型晶体管，是一种常用的半导体器件。

根据结构和材料不同，三极管可分为 NPN 型和 PNP 型两种。

它们都是由两个 n 型半导体（发射极和集电极）和一个 p 型半导体（基极）组成，具有放大和开关等功能。

NPN 型三极管的结构是“N-P-N”，PNP 型三极管的结构是“P-N-P”。

【2.NPN 与 PNP 型三极管的结构和工作原理】PN 型三极管中，发射极和集电极由 n 型半导体制成，基极由 p 型半导体制成。

当基极电流（IB）流过时，发射极的电子会进入基极，再从基极进入集电极，形成电流放大。

PNP 型三极管中，发射极和基极由 n 型半导体制成，集电极由 p 型半导体制成。

当基极电流（IB）流过时，发射极的电子空穴会进入基极，再从基极进入集电极，形成电流放大。

【3.NPN 与 PNP 型三极管的开关特性】PN 型三极管和 PNP 型三极管都具有开关特性，即可以控制电路的通断。

当基极电流为零时，三极管处于截止状态；当基极电流不为零时，三极管处于导通状态。

由于构造和材料不同，NPN 型三极管和 PNP 型三极管的开关速度和电流放大倍数有所不同。

【4.NPN 与 PNP 型三极管的应用】PN 型和 PNP 型三极管广泛应用于放大、开关、调制、稳压等电路。

例如，在放大电路中，三极管可以实现信号的电压放大和电流放大；在开关电路中，三极管可以实现高速开关和保护电路等功能。

根据具体应用场景和要求，可以选择合适的三极管类型。

【5.结论】PN 型和 PNP 型三极管是半导体器件中常见的两种类型，它们具有相似的结构和工作原理，但在应用和性能上存在一定差异。

3．2．1三极管开关特性1、静态开关特性在数字电路中，三极管是作为一个开关来使用的，它不允许工作在放大状态，而只能工作在饱和导通状态（又称饱和状态）或截止状态。

请看下面的分析。

(1)、截止当输入时，基射间的电压小于其门限电压Uth（0.5V）,三极管截止，电流≈0，电流≈0，输出＝≈VCC，这时，三极管工作在上图中的A点。

为了使三极管能可靠截止，应使发射结处于反偏，因此，三极管的可靠截止条件为: 。

三极管截止时，E、B、C三个极互为开路。

(2)、饱和当输入时，使三极管工作在临界饱和状态，如上图中的S点。

在该点上：因此，三极管饱和条件为：当三极管饱和时，达到最大；达到最小。

C、B、E为连通。

2、动态开关特性三极管工作在开关状态时，其内部电荷的建立C 的变化总是滞后于输入电这说明三极管由截止变为饱和或由饱和变为截止都需要一定的正跳发射区开始向基区扩散电子，并形成基极。

同时基区积累的电子流向集电区形成集电。

随着基区积累不断增大，三这时，基区内存储电荷更多，三极管饱正跳C所需的时间称为开正跳3、抗饱和三极管三极管饱和越深，开关速度越低。

因此，要提高电路的开关速度，就必须使三极管工作在浅饱和状态，减少存储电荷的消散时间，为此，需要采用抗饱和三极管。

在普通双极型三极管的基极B和集电极C之间并接一个肖特基势垒二极管（简称SBD）便构成了抗饱和三极管，由于SBD的开启电压只有0.3V，其正向压降约为0.4V，它远比普通硅二极管0.7V的正向压降小得多。

因此，当三极管进入饱和状态时，其集电结为正偏。

这时，SBD导通，使B、C极间的电压被钳在0.4V上，并分流部分基极电流，从而使三极管工作在浅饱和状态。