BJT的开关特性

BJT的开关特性

　　ＮＰＮ型BJT的结构如下图所示。

　　从图中可见ＮＰＮ型BJT由两个Ｎ型区和一个Ｐ型区构成了两个ＰＮ结，并从三个区分别引出了集电极、基极和发射极。在电路图中的符号如下图所示。

　　ＰＮＰ型BJT的结构如下图中的上半部所示，下边为电路图中的符号。

　　这里的BJT英文原文是：Bipolar Junction Transistor，意为“双极结晶体管”。也就是通常所说的三极管。

一、BJT的开关作用

　　BJT的开关作用对应于有触点开关的“断开”和“闭合”。

　　上图所示电路用来说明BJT开关作用，图中BJT为ＮＰＮ型硅管。
　　当输入电压V₁=-V_B 时，BJT的发射结和集电结均为反向偏置（V_BE＜0，V_BC＜0），只有很小的反向漏电流I_EBO和I_CBO分别流过两个结，故i_B≈ 0，i_C≈ 0，V_CE ≈ V_CC，对应于上图中的Ａ点。这时集电极回路中的c、e极之间近似于开路，相当于开关断开一样。BJT的这种工作状态称为截止。

　　当V₁=+V_B2时，调节R_B，使I_B=V_CC / R_C，则BJT工作在上图中的C点
，集电极电流i_C已接近于最大值V_CC / R_C，由于i_C受到R_C的限制，它已不可能像放大区那样随着i_B的增加而成比例地增加了 ，此时集电极电流达到饱和，对应的基极电流称为基极临界饱和电流I_BS（）
，而集电极电流称为集电极饱和电流I_CS（V_CC / R_C）。此后，如果再增加基极电流，则饱和程度加深，但集电极电流基本上保持在I_CS不再增加，集电极电压V_CE=V_CC-I_CSR_C=V_CES=2.0-0.3V。这个电压称为BJT的饱和压降，它也基本上不随i_B增加而改变。由于V_CES很小，集电极回路中的c、e极之间近似于短路，相当于开关闭合一样。
　　BJT的这种工作状态称为饱和。
　　由于BJT饱和后管压降均为0.3V，而发射结偏压为0.7V，因此饱和后集电结为正向偏置，即BJT饱和时集电结和发射结均处于正向偏置，这是判断BJT工作在饱和状态的重要依据。下图示出了ＮＰＮ型BJT饱和时各电极电压的典型数据。

　　由此可见BJT相当于一个由基极电流所控制的无触点开关。
　　BJT截止时相当于开关“断开”，而饱和时相当于开关“闭合”。
　　ＮＰＮ型BJT截止、放大、饱和三种工作状态的特点列于下表中。

二、BJT的开关时间

　　BJT的开关过程和二极管一样，也是内部电荷“建立”和“消散”的过程。因此BJT饱和与截止两种状态的相互转换也是需要一定的时间才能完成的。

　　如上图所示电路的输入端加入一个幅度在-V_B1和+V_B2之间变化的理想方波，则输出电流I_c的波形如下图。

　　可见I_c的波形已不是和输入波形一样的理想方波，上升和下降沿都变得缓慢了。
　　为了对BJT开关的瞬态过程进行定量描述,通常引人以下几个参数来表征：

　　

　　以上4个参数称为BJT的开关时间参数。
　　通常把t_on＝t_d＋t_r称为开通时间,它反映了BJT从截止到饱和所需的时间；
　　把 t_0ff= t_s＋t_f称为关闭时间,它反映了BJT从饱和到截止所需的时间。
　　开通时间和关闭时间总称为BJT的开关时间,它随管子类型不同而有很大差别，一般在几十至几百纳秒的范围，可以从器件手册中查到
。
　　BJT的开关时间限制了BJT开关运用的速度。开关时间越短，开关速度越高。因此，要设法减小开关时间。
　　开通时间t_on是建立基区电荷的时间，关闭时间t_off是存储电荷消散的时间。