開關(guān)三極管工作原理是什么？如何提升三極管開關(guān)速度？

開關(guān)三極管將是下述內(nèi)容的主要介紹對象，通過這篇文章，小編希望大家可以對它的相關(guān)情況以及信息有所認(rèn)識和了解，詳細(xì)內(nèi)容如下。

一、三極管開關(guān)工作原理

1、截止?fàn)顟B(tài)

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，即為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。開關(guān)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)的特征是發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均處于反向偏置。

2、導(dǎo)通狀態(tài)

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并且當(dāng)基極的電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不再怎么變化，此時三極管失去電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，即為三極管的導(dǎo)通狀態(tài)。開關(guān)三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)的特征是發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均處于正向偏置。而處于放大狀態(tài)的三極管的特征是發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。這也是可以使用電壓表測試發(fā)射結(jié)，集電結(jié)的電壓值判定三極管工作狀況的原理。開關(guān)三極管正是基于三極管的開關(guān)特性來工作的。

3、工作模式

三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見三極管的外觀，有一個箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實(shí)際上箭頭所指的方向是表示電流的方向。

二、如何提高三極管開關(guān)速度？

開關(guān)時間決定三極管的開關(guān)速度，三極管有開啟和關(guān)斷過程，對應(yīng)開啟時間。

晶體管開關(guān)波形如圖1。開啟時間由延遲時間以及上升時間組成，關(guān)斷時間又分為存儲時間和下降時間 。

（1）延遲時間

延遲時間指的是對C和E極之間的電容充電的時間，增大晶體管的基極電流，從而加快基極電容充電速度。但是基極電流過大的話，會導(dǎo)致晶體管出現(xiàn)深度飽和情況，反而讓存儲時間增長，導(dǎo)致關(guān)斷時間變大，所以基極電流需要適當(dāng)選取。

（2）上升時間

三極管達(dá)到臨界飽和所需要的時間被稱為上升導(dǎo)通時間。增大基極輸入電流，使得集電極電流達(dá)到飽和。同樣，基極電流也不能太大，否則將會使得存儲時間延長，導(dǎo)致關(guān)斷時間變大。

（3）存儲時間

三極管從飽和狀態(tài)（集電極正偏）到臨界飽和狀態(tài)（集電極0偏）所需要的時間稱作為存儲時間，縮短存儲時間通過增大基區(qū)抽取電流，加快過量存儲電荷的泄放速度。

（4）下降時間

臨界飽和到基極電壓為0時候的時間稱作為下降時間。

圖1 晶體管開關(guān)過程波形

總之，為了減小三極管的開關(guān)時間、提高開關(guān)速度，在三極管的使用上可以作如下考慮：

a）增大基極電流，減短延遲時間，但過大的基極電流會導(dǎo)致存儲時間增加

b）增大基極電流，可減短存儲時間和下降時間

c）加速電容

在基極限流電阻并聯(lián)小容量的電容（一般pF級別），當(dāng)輸入信號上升、下降時能夠使限流電阻瞬間被旁路并提供基極電流，所以在晶體管由導(dǎo)通狀態(tài)變化到截止?fàn)顟B(tài)時能夠迅速從基極抽取電子（因?yàn)殡娮颖慌月罚?，消除開關(guān)時間的滯后，這個電容的作用是提高開關(guān)速度，因此稱為加速電容。如下圖：

圖2 并聯(lián)加速電容

d）肖特基鉗位

利用肖特基箝位也可以加快晶體管開關(guān)速度。

如下，肖特基勢壘二極管箝位在b極到c極之間，二極管開關(guān)速度快，正向壓降比PN結(jié)小。本該流過三極管的大部分基極電流被D1旁路掉，而流過三極管的電流非常小，這時三極管的導(dǎo)通狀態(tài)接近截止?fàn)顟B(tài)，節(jié)省了三極管飽和導(dǎo)通與退出的時間。

圖3 肖特基箝位BC極間

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