bjt的开关应用性能

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1、BJT的开关应用性能XieMeng-xian.（电子科大，成都市）我们知道，BJT作放大应用时，基木耍求是工作点必须处在放大状态范围内，并且工作点要具有足够的稳定性，以保证BJT能够放大信号，而且不会产生信号失真。BJT在作开关应用时，其棊木耍求有哪些？如何满足这些耍求呢？这些问题是在设计、制造和使用BJT及其逻辑电路时必须理解的。（1）对开关BJT的要求：对开关BJT的基本要求应该冇四个方而：①BJT在关断状态时截止电流很小、电阻很人。理想情况应该是截止电流=0,电阻=8。②BJT在导通状态时电流很大、电阻很小。理想情况应该是导通电阻=0,导通压降=0。③BJT能开、能关。作为三端器

2、件的BJT,应该能够使用输入电压或电流來控制输出的导通与截止，否则BJT就不能用于逻辑电路。④BJT的开关速度高。BJT开关速度的髙低虽然不是开关工作的必要条件，但是开关速度越髙，开关电路的动态功耗将越小（因为关断状态和导通状态的电流■电压Z积都很小，则开关晶体管的静态功耗往往可以忽略，所以晶体管开关工作的功耗主要是动态功耗），因此，BJT作为-个好的开关应用时，应该是开关速度很高的。（2）BJT实现开关工作的必要条件：对于BJT饱和逻辑电路而言，关断状态就是BJT的截止状态（电流很小、电阻很大），导通状态就是BJT的（过）饱和状态（电流很大、电阻很小）。BJT的某本开关电路是发射极接

3、地的组态，如图1所示（注意：集电结反偏，发射结正偏）。①当BJT的两个p-n结都反偏时，晶体管就进入到截止状态——关断状态。②当BJT的两个p-n结都正偏时，晶体管就进入到饱和状态——导通状态。③如何使得BJT能开和能关呢？因为BJT是电流控制的器件，所以问题也就是：如何才能利用输入基极电流來控制晶体管的开与关？图2是共发射极BJT的输出伏安特性曲线。可见，为了使BJT能够开和关，也就是要求通过基极电流能够驱动晶体管在截止状态与饱和状态之间进行转变。由于这种转变都需耍经过放大区，所以作为开关应用的晶体管也需耍偏置在放大状态：集电结反偏（在发射结正偏时，集电结也可以0偏），发射结正偏（在

4、集电结反偏时，发射结也可以0偏）；这样就可以借助改变基极电流來移动工作点，使得品体管在截止状态与饱和状态之间进行转换——开关工作。因为品体背的集电结本來就是反偏的，则只要发射结反偏，即可去掉基极电流，就可以实现截止状态（虽然可能存在着一定的关断时间）。而晶体管要进入导通状态一开启，单只使得发射结正偏，还不一定充分，因为若输入的基极电流尚不足以在基区（和集迫区）中产生一定的超量存储电荷、而驱使晶体管进入饱和状态（集电极也正偏）的话，那么就不能实现饱和导通状态一一开启。因此，相对来说，控制晶体管的开启要难于关断。换句话说，控制晶体管的开关工作，难点主要是耍能够把器件从截止状态驱动到饱和状态

5、——开启。那么,开启BJT所需要的基极驱动电流究竞要多大呢?由于BJT在饱和状态时的输出电流恒定（基本上决立于偏压VCC和负载电阻RL）,叩为（见图1）：Ic饱和QVcc/Rl=常数如果冇基极电流IB驱动晶体管由放大状态（电流放犬系数为0）进入到饱和状态，则在临界饱和时，输出电流可表示为：Ic饱和PVqq/'Rl=PIbs于是，品体管的临界饱和驱动电流IBS为：1岀=Ic饱和■'''B=『cd（BRl）从而，BJT开启的必要条件是：基极电流IB必须大于临界饱和驱动电流，即：Ib:'Ibs=Ic饱和■'B—'cc''（BRl）或者BIb〉Ic饱和=°cc/Rl这后一个关系即表明：只

6、要基极电流的B倍大于输出饱和电流时，BJT就进入到了饱和状态。这也是BJT是否处于饱和状态的一个判据。【说明1】BJT的饱和深度（饱和程度）与基极驱动电流大小有关：基极电流比临界饱和驱动电流大得越多，品体管基区屮的超虽存储电荷就越多，则晶体管的饱和程度就越深——称为深饱和；反之，基极电流比临界饱和驱动屯流大得不命时，晶体管基区中的超曲存储电荷较少，则称为浅饱和。BJT的饱和程度往往用所谓“饱和度"s来表征，立义：s=IbIbs=BIbIc饱和显然，饱和度s越大，集电结的正向电压降就越大，于是BJT的饱和压降也就越低（对于Si-BJT.一般饱和压降约为0.3V,深饱和时约为0.1V）o但

7、是，在s很大时，基区和集电区中的超量存储电荷就会很多，则BJT的关断时间（主婆是存储时间）也就会较长。因此，在BJT的开关应用中，婆适当选取s值；通常，在饱和（深饱和）逻辑工作中选取s=4・【说明2】虽然BJT的饱和导通状态是导通压降很小、导通电流较大的一种状态，但绘由于饱和电流的人小与负载电阻冇反比关系，所以在负戟电阻较大时，BJT的饱和电流将较小。这就是说，饱和电流可以很大，但不一定在任何时候都很大。因此，对于很大负载的BJT,即使基极电流