半导体器件的开关特性

时间:2023-03-11作者:佚名

  数字电路中的晶体二极管、晶体三极管(简称BJT)和MOS管等器件一般是以开关方式运用的。研究这些器件的开关特性时,除了要研究它们在导通与截止两种状态下的静止特性外,还要分析它们在导通和截止状态之间的转变过程,即动态特性。

一、晶体二极管的开关特性

  1.静态特性

  二极管的静态特性表现为:正向导通(外加半导体器件的开关特性电压vD>门槛电压VTH,一般锗管约0.3V,硅管约0.7V),相当于开关闭合;反向截止(外加电压vD<门槛电压VTH),相当于开关断开。图给出了一个硅二极管电路和对应的静态特性曲线。

  2.动态特性

  二极管的动态特性是指二极管在导通与截止两种状态转换过程中的特性。由于晶体管内部电荷的“建立”和“消散”都需要一个过程,所以完成两种状态之间的转换需要一定的时间。通常把二极管从正向导通到反向截止所需要的时间称为反向恢复时间,而把二极管从反向截止到正向导通的时间称为开通时间。相比之下,开通时间很短,一般可以忽略不计。因此,影响二极管开关速度的主要因素是反向恢复时间:

反向恢复时间tre=存储时间ts+渡越时间tt

二、晶体三极管(BJT)的开关特性

  1.静态特性

  晶体三极管(BJT)由集电结和发射结两个PN结构成。根据两个PN结的偏置极性,三极管有截止、放大、饱和3种工作状态。通过输入电压vI对基极电压加以控制,可使三极管工作在截止、放大、饱和3种工作状态。在数字电路中,三极管被作为开关元件工作在饱和与截止两种状态,相当于一个由基极信号控制的无触点开关,其作用对应于触点开关的“闭合”与“断开”。

  截止状态:当输入电压vI小于晶体管阈值电压VTH时,晶体管工作在截止状态,此时,晶体三极管类似于开关断开。

  饱和状态: 当输入电压vI大于某一数值,使得晶体管的发射结和集电结均处于正偏时,晶体管工作在饱和状态,此时,晶体三极管类似于开关接通。

  图2给出了一个简单的NPN晶体三极管共射极开关电路和对应的输出特性曲线。

半导体器件的开关特性

图2

  2.动态特性

  晶体三极管在饱和与截止两种状态转换过程中具有的特性称为三极管的动态特性。三极管和二极管一样,管子内部也存在着电荷的建立与消失过程。因此,饱和与截止两种状态的转换也需要一定的时间才能完成。晶体三极管动态特性通常用“开通时间”和“关闭时间”衡量。

  开通时间: 指三极管从截止到饱和导通所需要的时间,记为tON。

开通时间tON=延迟时间td+上升时间tr

  关闭时间: 指三极管从饱和导通到截止所需要的时间,记为tOFF。

关闭时间tOFF=存储时间ts+下降时间tf

三、MOS管的开关特性

  MOS集成电路的基本元件是MOS管。MOS管是一种电压控制器件,它的3个电极分别称为栅极(G)、漏极(D)和源极(S),由栅极电压控制漏源电流。MOS管根据结构的不同可分为P型沟道MOS管和N型沟道MOS管两种,每种又可按其工作特性进一步分为增强型和耗尽型两类。

  1.静态特性

  MOS管作为开关应用时,同样是交替工作在截止与饱和两种工作状态。

  N沟道增强型MOS管的开关特性为:当栅源电压vGS<开启电压VTN时,管子工作在截止状态,类似于开关断开;当栅源电压vGS>开启电压VTN(大约在1~2V之间),且漏源电压加大到一定程度,满足vDS≥vGS-VTN时,管子工作在饱和状态,类似于开关接通。

  P沟道增强型MOS管与N型沟道增强型MOS管所不同的是,其工作电压vGS和vDS均为负电压,开启电压VTP一般大约在-2.5~-1.0V之间。

  2.动态特性

  MOS管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程,但其动态特性主要取决于与电路有关的电容充、放电所需的时间,而MOS管内部电荷“建立”和“消散”的时间很短。

相关阅读

成為壱名優秀電工的必俻標準

成为一名优秀电工的必备标准 在现代社会,电力作为支撑生产生活的关键能源,电工的角色至关重要。一名优秀的电工不仅需要具备扎实的知识技能,还应拥有良好的职业素养和创新能力...
2024-08-21
成為壱名優秀電工的必俻標準

控制电源AC220/DC24V,千万别乱接!轻则烧设备,重则出人命!

在电气控制、PLC接线、自动化设备运维里,AC220V和DC24V是最常用的两种控制电源,几乎所有控制柜、工控设备、传感器、继电器都离不开它们。 可偏偏有不少电工新手,甚至个别老电...
2026-05-25
控制电源AC220/DC24V,千万别乱接!轻则烧设备,重则出人命!

电工破坏了灰电平衡的控制柜,结果惨了!

灰电平衡理论就跟设备调试前要上三炷香一样,有着异曲同工之妙。 所谓“灰电平衡”,指的是在电气柜运行过程中,灰尘的积累与电气性能之间形成的一种看似稳定的平衡状...
2024-08-12
电工破坏了灰电平衡的控制柜,结果惨了!

电气图纸中敷设方式符号表示大全,99%电力人都收藏了

在电气图纸中我们经常看到一些用英文符号表示的线管敷设方式,下面小编就给大家总结了一些常用的符号表示含义,希望能对大家有所帮助。 一、导线穿管表示 SC-焊接钢管 MT-电线管...
2023-06-11

三相异步电动机的多种分类方式

本文介绍了三相异步电动机的几种分类方式,按照防护形式可分为防滴式、封闭式、防爆式,按照转子结构形式分为鼠笼式和绕线式两类,按照安装方式可分为卧式、立式两类,下面具...
2023-06-26
三相异步电动机的多种分类方式

热销商品

FEITA 镊子碳纤维合成塑料防静电无尘净化塑胶手动工具镊子93302

FEITA镊子93302采用高强度碳纤维合成塑料材质,兼具轻量化与耐用性,适用于精密操作场景。其独特的防静电设计有效避免静电对电子元件的损害,广泛应用于半导体、光学、...
1.2

江南国标rvv铜芯电缆软线3 4多芯平方rvvp护套信号屏蔽线线缆电线

江南国标rvv铜芯电缆软线34多芯平方rvvp护套信号屏蔽线线缆电线,是一种高性能的电缆产品,适用于各种信号传输和控制场合。该电缆采用优质铜芯,具有优良的导电性能和...
1.96

内六角扳手套装单个内六方螺丝刀进口S2款加长特长平头内6角2.5mm

这款进口S2材质内六角扳手套装,专为精密机械维修与装配设计,采用高品质S2合金钢制造,具备卓越的硬度、耐磨性与抗扭强度,有效防止使用过程中断裂或变形。套装中包含2....
1.4

橡胶条U型防撞包边条橡胶卡条玻璃嵌条配电箱机柜u型条密封条封王

橡胶条U型防撞包边条是一种多功能密封与防护配件,广泛应用于配电箱、机柜、玻璃门窗及各类设备边缘。采用优质橡胶材质,具备优异的弹性、耐老化、防水防尘和抗冲击...
0.8

10副装护目镜打磨劳保防飞溅男女骑行机械实验防风沙灰尘防护眼镜

这款10副装护目镜专为多场景防护设计,适用于打磨、机械加工、实验操作、骑行及户外作业等环境。采用高透光防雾镜片,有效抵御飞溅物、风沙、灰尘及化学液体喷溅,保障...
19.8

网站栏目