BJT的開關(guān)特性

　?。危校涡虰JT的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

　　從圖中可見ＮＰＮ型BJT由兩個(gè)Ｎ型區(qū)和一個(gè)Ｐ型區(qū)構(gòu)成了兩個(gè)ＰＮ結(jié)，并從三個(gè)區(qū)分別引出了集電極、基極和發(fā)射極。在電路圖中的符號(hào)如下圖所示。

　?。校危行虰JT的結(jié)構(gòu)如下圖中的上半部所示，下邊為電路圖中的符號(hào)。

　　這里的BJT英文原文是：Bipolar Junction Transistor，意為“雙極結(jié)晶體管”。也就是通常所說(shuō)的三極管。

一、BJT的開關(guān)作用

　　BJT的開關(guān)作用對(duì)應(yīng)于有觸點(diǎn)開關(guān)的“斷開”和“閉合”。

　　上圖所示電路用來(lái)說(shuō)明BJT開關(guān)作用，圖中BJT為ＮＰＮ型硅管。
　　當(dāng)輸入電壓V₁=-V_B 時(shí)，BJT的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反向偏置（V_BE＜0，V_BC＜0），只有很小的反向漏電流I_EBO和I_CBO分別流過(guò)兩個(gè)結(jié)，故i_B≈ 0，i_C≈ 0，V_CE ≈ V_CC，對(duì)應(yīng)于上圖中的Ａ點(diǎn)。這時(shí)集電極回路中的c、e極之間近似于開路，相當(dāng)于開關(guān)斷開一樣。BJT的這種工作狀態(tài)稱為截止。

　　當(dāng)V₁=+V_B2時(shí)，調(diào)節(jié)R_B，使I_B=V_CC / R_C，則BJT工作在上圖中的C點(diǎn)
，集電極電流i_C已接近于最大值V_CC / R_C，由于i_C受到R_C的限制，它已不可能像放大區(qū)那樣隨著i_B的增加而成比例地增加了 ，此時(shí)集電極電流達(dá)到飽和，對(duì)應(yīng)的基極電流稱為基極臨界飽和電流I_BS（）
，而集電極電流稱為集電極飽和電流I_CS（V_CC / R_C）。此后，如果再增加基極電流，則飽和程度加深，但集電極電流基本上保持在I_CS不再增加，集電極電壓V_CE=V_CC-I_CSR_C=V_CES=2.0-0.3V。這個(gè)電壓稱為BJT的飽和壓降，它也基本上不隨i_B增加而改變。由于V_CES很小，集電極回路中的c、e極之間近似于短路，相當(dāng)于開關(guān)閉合一樣。
　　BJT的這種工作狀態(tài)稱為飽和。
　　由于BJT飽和后管壓降均為0.3V，而發(fā)射結(jié)偏壓為0.7V，因此飽和后集電結(jié)為正向偏置，即BJT飽和時(shí)集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均處于正向偏置，這是判斷BJT工作在飽和狀態(tài)的重要依據(jù)。下圖示出了ＮＰＮ型BJT飽和時(shí)各電極電壓的典型數(shù)據(jù)。

　　由此可見BJT相當(dāng)于一個(gè)由基極電流所控制的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。
　　BJT截止時(shí)相當(dāng)于開關(guān)“斷開”，而飽和時(shí)相當(dāng)于開關(guān)“閉合”。
　?。危校涡虰JT截止、放大、飽和三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)列于下表中。

二、BJT的開關(guān)時(shí)間

　　BJT的開關(guān)過(guò)程和二極管一樣，也是內(nèi)部電荷“建立”和“消散”的過(guò)程。因此BJT飽和與截止兩種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換也是需要一定的時(shí)間才能完成的。

　　如上圖所示電路的輸入端加入一個(gè)幅度在-V_B1和+V_B2之間變化的理想方波，則輸出電流I_c的波形如下圖。

　　可見I_c的波形已不是和輸入波形一樣的理想方波，上升和下降沿都變得緩慢了。
　　為了對(duì)BJT開關(guān)的瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)行定量描述,通常引人以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)表征：

　　以上4個(gè)參數(shù)稱為BJT的開關(guān)時(shí)間參數(shù)。
　　通常把t_on＝t_d＋t_r稱為開通時(shí)間,它反映了BJT從截止到飽和所需的時(shí)間；
　　把 t_0ff= t_s＋t_f稱為關(guān)閉時(shí)間,它反映了BJT從飽和到截止所需的時(shí)間。
　　開通時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間總稱為BJT的開關(guān)時(shí)間,它隨管子類型不同而有很大差別，一般在幾十至幾百納秒的范圍，可以從器件手冊(cè)中查到
。
　　BJT的開關(guān)時(shí)間限制了BJT開關(guān)運(yùn)用的速度。開關(guān)時(shí)間越短，開關(guān)速度越高。因此，要設(shè)法減小開關(guān)時(shí)間。
　　開通時(shí)間t_on是建立基區(qū)電荷的時(shí)間，關(guān)閉時(shí)間t_off是存儲(chǔ)電荷消散的時(shí)間。