《数字电子技术》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 门电路 CH21 二极管、三极管的开关特性

2.1半导体二极管、三极管 和MOS管的开关特性 2.1.1理想开关的开关特性 一、静态特性 S K ①断开 ②闭合 ROFF =0,IOFF =0 RON =0,UAK=0

2. 1. 1 理想开关的开关特性 一、 静态特性 ① 断开 ROFF = ， I OFF = 0 ② 闭合 0 0 RON = ，UAK = S A K 2. 1 半导体二极管 、三极管 和 MOS 管的开关特性

DI 2.1半导体二极管、三极管 和MOS管的开关特性 2.1.1理想开关的开关特性 二、动态特性 S 。6 ① 开通时间：（断开一闭合）tom=0 ②关断时间：（闭合一断开）tor=0 普通开关：静态特性好，动态特性差 半导体开关：静态特性较差，动态特性好 几百万秒 几千方秒爆

2. 1. 1 理想开关的开关特性 S A K 2. 1 半导体二极管 、三极管 和 MOS 管的开关特性 二、动态特性 ① 开通时间： 0 t on = ② 关断时间： 0 t off = （断开 闭合） （闭合 断开） 普通开关：静态特性好，动态特性差 半导体开关：静态特性较差，动态特性好 几百万/秒 几千万/秒

2.1.2半导体二极管的开关特性 一、静态特性 1.结构示意图、符号和伏安特性D/mA↑ 正向 A。 P☒：+N区 K 反向 导通区 阳极 -✉++ 阴极 截止区 PN结 U BR) +U 0 0.50.7 Up/V A。 反向 击穿区 ①外加正向电压（正偏） 硅二极管伏安特性 二极管导通（相当于开关闭合） Uo≈0.7V ②外加反向电压（反偏） Up<0.5 V 二极管截止（相当于开关断开） ID≈0

2. 1. 2 半导体二极管的开关特性 一、静态特性 ① 外加正向电压(正偏) 二极管导通(相当于开关闭合) UD  0.7 V ② 外加反向电压(反偏) UD  0.5 V 二极管截止(相当于开关断开) I D  0 硅二极管伏安特性 阴极 A 阳极 K PN结 - A K + UD D I P区 N区 + + + + + + + + - - - - - - - - 正向 反向 导通区 截止区 反向 击穿区 0.5 0.7 ID /mA UD /V 0 U(BR) 1. 结构示意图、符号和伏安特性

2.二极管的开关作用： 0.7V [例]电路如图所示， 41=-2V或3V 试判别二极管的工作 D 状态及输出电压。 [解]41=U1L=-2V二极管截止 uo=0V 41=U1m=3V二极管导通 uo 2.3 V

D + - uI + - uO 2. 二极管的开关作用： [例] uI = UI L = −2 V uO = 0 V uI = UI H = 3 V uO = 2.3 V 电路如图所示， uI = − 2 V 或 3 V 试判别二极管的工作 状态及输出电压。 二极管截止 二极管导通 [解] 0.7 VD + -

二、动态特性 电容效应使二极管 1.二极管的电容效应 的通断需要一段延 结电容C; 迟时间才能完成 扩散电容CD 2.二极管的开关时间 ton一开通时间 tor一关断时间 ton<<tofr(trr)≤5ns (反向恢复时间) 00

二、动态特性 1. 二极管的电容效应 结电容 C j 扩散电容 C D 2. 二极管的开关时间 on t of f t 电容效应使二极管 的通断需要一段延 迟时间才能完成 t uI D i t 0 0 (反向恢复时间) ( ) 5 ns o n off rr t   t t ≤ ton — 开通时间 toff — 关断时间

2.1.3半导体三极管的开关特性 一、静态特性 （电流控制型） 1.结构、符号和输入、输出特性(Transistor) (1)结构示意图和符号 集电极collector 集电结 基极 base 发射结 发射极emitter NPN

一、静态特性 NPN 2. 1. 3 半导体三极管的开关特性 发射结 集电结 发射极 emitter 基极 base 集电极 collector b iB iC e c (电流控制型) 1. 结构、符号和输入、输出特性 N N P (Transistor) (1) 结构示意图和符号

状态 电流关系 条件 (2)输入特性 放大 ic=Bin 发射结正偏 集电结反偏 i=f(upe)wcr 饱和 ic<Bis 临界 ICS=BIBs 两个结正偏 截止 B≈0，ic≈0 两个结反偏 ic/mA 4 50A 3)输出特性 40A 3 放大区30A ic f(uce)i 20A 10A 截止区 g=0 ☒D☒I 8

(2) 输入特性 CE ( ) B uBE u i = f (3) 输出特性 B ( ) C uCE i i = f iC / mA uCE /V 50 µA 40µA 30 µA 20 µA 10 µA iB = 0 0 2 4 6 8 4 3 2 1 放大区 截止区 饱 和 区 0 uCE = uCE  1V 0 uBE /V iB / µA 发射结正偏 状态 电流关系 条 件 放大 i C=  iB 集电结反偏 饱和 I i C ＜  iB 两个结正偏 临界 CS=  IBS 截止 iB ≈ 0, iC ≈ 0 两个结反偏

2.半导体三极管的开关应用 (I)41=UL=-2V +Vcc?(12V) 发射结反偏T截止 R. 2k2 ig≈0ic≈0 Rp 十 T 3V2.3k2 B=100 Wo 4≈'c=12V -2V。 (2)4=UH=3V 发射结正偏T导通 放大还 是饱和？

2. 半导体三极管的开关应用 (1) uI = UI L = −2 V (2) uI = UI H = 3 V 发射结反偏 T 截止 0 0 i B  i C  uO VCC = 12 V 发射结正偏 T 导通 + − Rc Rb +VCC (12V) + uo − iB iC T uI 3V -2V 2 k 2.3 k  = 100 放大还 是饱和？

饱和导通条件： +Vcc 9+12V iB>IBs≈ Vec B R R. 2k2 ic Uy -Ube Rp T Rp (4E≈0.7 3y2.3k2 B=100 Wo 3-0.7 U灯 三 mA =1 mA 2.3 s=c-U≈ 12 mA=0.06mA R。B B R 100×2 因为>Is 所以T饱和 40=Ucs≤03里

b I B E B R u u i − =    − = = c CS CC CES B S R I V U I B BS i  I T 饱和 饱和导通条件： c CC B B S R V i I    + − Rc Rb +VCC +12V + uo − iB iC T uI 3V -2V 2 k 2.3 k  = 100 mA 1 mA 2.3 3 0.7 = − = mA 0.06 mA 100 2 12 c C C =   = R V  ( 0.7 V) uBE  因为 所以 uO = UCES ≤ 0.3 V

☒D☒I 二、动态特性 三极管饱和程度个→t,个 4/V 3 0 -2 0.9Ics 0.11cs 0 14o/V ton 3 0.3

二、动态特性 on t of f t 3-2 t uI / V 0 0.9 ICS 0.1 ICS Ci t 0 uO / V 三极管饱和程度   t off  3 0.3 t 0