惰性電路和晶體管開關(guān)

1、開關(guān)斷開時(shí)：開關(guān)斷開時(shí)：I = 0,I = 0,開關(guān)兩端電阻為開關(guān)兩端電阻為。開關(guān)閉合時(shí)：開關(guān)閉合時(shí)：R = 0, R = 0, 開關(guān)兩端電壓為開關(guān)兩端電壓為0 0。開開關(guān)動(dòng)作瞬時(shí)完成。關(guān)動(dòng)作瞬時(shí)完成。以上三點(diǎn)不受溫度等環(huán)境因素影響。以上三點(diǎn)不受溫度等環(huán)境因素影響。 在脈沖與數(shù)字電路中，晶體管經(jīng)常被當(dāng)作開關(guān)（電子開關(guān)）來使用，那么晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)其開關(guān)特性是什么？ 開關(guān)元件的作用是能把電路接通接通和斷開斷開。接通就是要元件呈現(xiàn)很小的電阻，最好接近于短路；斷開就是要元件呈現(xiàn)很大的電阻，最好接近于開路。K硅二極管的伏安特性如圖所示：+-V VD(V VD0.5V )K+-V VD(V VD0.

2、6V )VD= 0.7V 由于二極管具有單向?qū)щ娦裕饧诱螂妷簳r(shí)導(dǎo)通外加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，外外加反向電壓時(shí)截止加反向電壓時(shí)截止。所以，二極管是受外加電壓極性控制的開關(guān)。正向特性：正向特性： 硅二極管導(dǎo)通，伏安特性曲線非常陡峭。正向壓降為0.7V的恒壓源。反向特性：反向特性： 硅二極管截止，反相電流很小，一般在1以下，反相運(yùn)用時(shí)，硅二極管相當(dāng)于斷開的開關(guān)。/DVV/I mA30201010203024600.5 1.0uA/DVV/I mA1086422040600.10.20.30.50+-V VD(V VD0V )IO+-V VD(V VD0 V )RD鍺二極管的伏安特性如圖所示：正向特性：

3、正向特性： 鍺二極管導(dǎo)通，正向伏安特性變化緩慢。正向壓降隨正向電流的增加而增加?？捎玫刃щ娮鑂D表示。反向特性：反向特性： 鍺二極管截止，反向電流較大，一般在0.010.3m。通常用恒流源表示反向反向偏置鍺二極管。恒流源的大小等于鍺二極管的反向電流值。 通常情況下，可以將硅、鍺二極管看作是理想開關(guān)，截通常情況下，可以將硅、鍺二極管看作是理想開關(guān)，截止認(rèn)為開路，導(dǎo)通視為短路。止認(rèn)為開路，導(dǎo)通視為短路。VD0ID VD0,二極管正偏，管壓降為0,有大電流流過。等效開關(guān)閉合。當(dāng)外加電壓 VD 和 V t h 相比，不可忽略時(shí)： 二極管導(dǎo)通后，其管壓降認(rèn)為是恒定的，且不隨電流變化而改變。典型值硅管0.

4、7V，鍺管0.3VV7 . 0VthVD0IDVIVOK2.2.二極管反向恢復(fù)時(shí)間：二極管反向恢復(fù)時(shí)間：理想情況下：理想情況下：當(dāng) VI = VF 時(shí)，二極管正偏而導(dǎo)通。LDFIFRVVi當(dāng) VI = -VR時(shí)，二極管反偏而截至。0Fi 二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)是不能瞬間完成。FVRVFi00iVittFi+ +- -VIVDF實(shí)際情況，二極管反偏時(shí)：實(shí)際情況，二極管反偏時(shí)：0Fi當(dāng) VI = VF 時(shí)，二極管導(dǎo)通。LDFIFRVVi當(dāng) VI由VF下跳到VR瞬間，LRRRVi 二極管仍然導(dǎo)通，PN結(jié)兩端仍有很小管壓降。只有經(jīng)過一段時(shí)間t R以后，流經(jīng)二極管的電流才近似等于反向電流 IO 。t

5、R ：反向恢復(fù)時(shí)間。t R = t s + t ft s ：存儲(chǔ)時(shí)間。t f ：下降時(shí)間。FiiV0tFVRVit0FiRi反向電流RtStft+ +- -VIVDF PN結(jié)正偏時(shí)，在外電壓作用下，PN結(jié)兩端多數(shù)載流子不斷向?qū)Ψ綌U(kuò)散，P P區(qū)區(qū)的空穴空穴擴(kuò)散到N N區(qū)區(qū)，N N區(qū)區(qū)的電子電子擴(kuò)散到P P區(qū)區(qū)。P區(qū)存有大量電子，N區(qū)存有大量空穴。當(dāng)外加電壓由當(dāng)外加電壓由V VF F下跳到下跳到V VR R時(shí)：時(shí)： P區(qū)積累的大量電子被反向電場拉回到N區(qū)， N區(qū)積累的大量空穴被反向電場拉回到P區(qū)。形成電子、空穴漂移電流，這兩個(gè)漂移電流就構(gòu)成了反向電流 i R = -VR/RL 。存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間

6、t ts s : 反向電流 i R 使存儲(chǔ)電荷逐漸消失,靠近空間電荷區(qū)的存儲(chǔ)電荷消失的比較快,當(dāng)空間電荷區(qū)的邊界處沒有存儲(chǔ)電荷時(shí),二極管由正偏轉(zhuǎn)向反偏。存儲(chǔ)時(shí)間結(jié)束。下降時(shí)間下降時(shí)間 t tf f : 二極管由正偏轉(zhuǎn)向反偏以后，反向電流隨漂移電流的減少而減小。一般認(rèn)為反向電流近似為 ：0.1 VR / RL時(shí)，下降時(shí)間 t f 結(jié)束。t t R R一般只有幾個(gè)一般只有幾個(gè) nsns VI0tVI0t、限幅原理：、限幅原理： 利用二極管單向?qū)щ娦?完成限幅。在理想模型下,VD 0 二極管導(dǎo)通。VD 0, D 導(dǎo)通，VO = Vi 。當(dāng) Vi E , D 導(dǎo)通。 VO = Vi Vi V1 ，D2

7、 正偏導(dǎo)通，D1反偏截止。D1能否導(dǎo)通看 A 點(diǎn)電位。121121RRRVVVVAVi VA ： D1 止、 D2 導(dǎo)。 VO=VAVA Vi V2：D1 導(dǎo)、D2 止。 VO=V2 并聯(lián)雙向限幅器用同樣分析方法。ivOvt02VAVA在輸入端不加信號(hào)時(shí)：輸入電壓ViVA,D1才會(huì)導(dǎo)通。V2和VA分別為兩個(gè)二極管導(dǎo)通或截止的分界。+ +- -V1VID1R1VO+ +- -V2D2R2限幅電平為VA的下限器幅限幅電平為V2的上限器幅下面主要討論寄生電容對二極管限幅器的影響。寄生電容寄生電容：接線電容、下一級輸入電容之和。 前面對二極管限幅器的分析沒有考慮二極管的開關(guān)惰性和寄生電容的影響，其結(jié)果

8、只適應(yīng)于低速工作場合。在高速工作時(shí)，二極管的開關(guān)惰性和寄生電容的影響是不能忽略的。二極管限幅器作高速應(yīng)用時(shí)：二極管限幅器作高速應(yīng)用時(shí)： 首先選用高速開關(guān)二極管，其反向恢復(fù)時(shí)間遠(yuǎn)小于工作周期。所以其開關(guān)惰性和結(jié)電容可以忽略不計(jì)。 其次要注意輸出端寄生電容對輸出波形有較大的影響，限幅電阻越大，對波形影響也就越大。首先輸入理想方波tivOv02E1Ertft當(dāng)：VI=-E2,D截止VO=0當(dāng)：VI從-E2跳變?yōu)?E1時(shí)，D導(dǎo)通。 +E1通過rd向CO充電。充電時(shí)常數(shù)充電時(shí)常數(shù)r rd d c co o當(dāng)：VI從+E1跳變?yōu)?E2時(shí)，D截止。 CO通過電阻R放電。放電時(shí)常數(shù)放電時(shí)常數(shù)RCRCO O輸出

9、電壓上升時(shí)間：OdrCrt3 . 2輸出電壓下降時(shí)間：OfRCt3 . 2 由于由于R Rr rd d，所以，所以下降時(shí)間要比上升時(shí)下降時(shí)間要比上升時(shí)間慢的多。間慢的多。 要改善下降邊，要改善下降邊，必須減小必須減小R R。減小。減小R R又會(huì)帶來輸出幅度減又會(huì)帶來輸出幅度減小。小。 所以串連限幅器所以串連限幅器的下降邊要比上升邊的下降邊要比上升邊差很多。差很多。VOVIRCOdrDivOv0t1E2E當(dāng)：VI=-E2,D導(dǎo)通，VO=0當(dāng)：VI從-E2跳變?yōu)?E1時(shí)，D截止。 +E1通過R向CO充電。輸出電壓上升時(shí)間：輸出電壓上升時(shí)間：OrRCt3 . 2當(dāng)：VI從+E1跳變?yōu)?E2時(shí)， 二極管能不能導(dǎo)通？ 由于電容上電壓不能突變，D仍然截止。VO以時(shí)常數(shù)RCO從+E1趨向于-E2放電。放電三要素：放電三要素： 10EVO 2EVOORC輸出電壓：RCtOeEEEV122VIDRCOVOivOv1E02EtRCtOeEEEV122 當(dāng)：輸出電壓VO下降到低于零時(shí)，二級管立即導(dǎo)通，且將輸出電壓限制在0V。所以令VO=0,代入公式，求出下降時(shí)間tf:ft221lnEEERCtOf如果E1=E2:OfRCt7 . 0并