uO = UCES≤ 0.3 V
二、动态特性
三极管饱和程度↑ ⇒toff ↑
t
uI / V
3 0 -2 0.9ICS 0.1ICS 0 3 0.3 0
iC
t
uO / V
ton
toff
t
2. 1. 4 MOS 管的开关特性 MOS（Mental – Oxide – Semiconductor） （ ） 半导体场效应管 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管 一、 静态特性 (电压控制型) 电压控制型) 1. 结构和特性： 结构和特性： (1) N 沟道
2 4
电流关系 uCE = 0
(4) 输出特性
iC = f (uCE) iB
饱 3和 区
2 1 0
iB = 0 u /V CE
6 8
2. 开关应用举例
(1) uI = UI L = −2 V
发射结反偏 T 截止
+VCC (12V) Rc + 3V 2.3 kΩ Ω Rb i B iC 2 kΩ Ω
UTP uDS /V
-6 -4 -2 0
iD /mA
-1 -2 -3
可 -2 - 5V 变 恒流区 电 -3 阻 uGS = - 6V 区 -4 漏极特性
uGS /V
uDS = - 6V
-4
转移特性
2. MOS管的开关作用： 管的开关作用： 管的开关作用 (1) N 沟道增强型 MOS 管
+VDD
uO = 0 V uO = 2.3 V
uI = UI H = 3 V 二极管导通
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 ton — 开通时间 toff — 关断时间
电容效应使二极管 的通断需要一段延 的通断需要一段延 迟时间才能完成
uI
0
t
iD
uI − uBE iB = (uBE ≈ 0.7 V) Rb
3 − 0.7 mA = 1 mA = 2.3
+ T
β = 100
uo
−
uI
-2V
−
VCC −UCES VCC 12 IBS = mA = 0.06 mA = ≈ = β Rc 100 × 2 β Rc ⋅ β ICS
因为 iB > IBS 所以 T 饱和
+10V 20 kΩ Ω
+VDD
+10V 20 kΩ Ω
+VDD
+10V 20 kΩ Ω
RD
RD
RD
iD D
D
uO uI
G
D S
uO uI
GБайду номын сангаас
uO
uI
B
G
S
RON S
开启电压 UTN = 2 V
uI < UTN
uO = UOH = VDD
uI > UTN
uO = UOL ≈ 0 V
(2) P 沟道增强型 MOS 管
硅二极管伏安特性
UD ≈ 0.7 V UD < 0.5 V
ID ≈ 0
二极管的开关作用： 二极管的开关作用： 电路如图所示， [例] 电路如图所示，
+ 0.7 V D D -
uI = − 2 V 或3 V
试判别二极管的工作 状态及输出电压。 状态及输出电压。 [ 解]
+ -
+
uI
uO
-
uI = UI L = − 2 V 二极管截止
iB ≈ 0
iC ≈ 0
+ T
β = 100
uO ≈ VCC = 12 V
uo
−
uI
-2V
(2) uI = UI H = 3 V
发射结正偏 T 导通
−
放大还 是饱和？ 是饱和？
饱和导通条件： 饱和导通条件：
VCC iB > IBS ≈ β Rc
Rc + 3V 2.3 kΩ Ω Rb i B iC
+VCC +12V 2 kΩ Ω
0
t on << t off ( t rr ) ≤ 5 ns
(反向恢复时间) 反向恢复时间)
t
ton
toff
2. 1. 3 半导体三极管的开关特性 一、静态特性 (电流控制型) 电流控制型) ) 1. 结构、符号和输入、输出特性 (Transistor) 结构、符号和输入、 (1) 结构 )
集电极 collector N 基极 集电结 发射结
iD /mA
4 3 uDS = 6V
(2) P 沟道
漏极 D
参考方向
iD + P 沟道增强型 MOS 管栅极 B uDS 沟道有对偶关系。 与 N 沟道有对偶关系。 G 衬 开启电压 +u 底 GS UTP = - 2 V 源极 S 截止区 iD /mA
0 -1 -10 -8 -6 -4 -2 - 3V - 4V
A
++ ++ 区 + + N区 ++
D/mA
PN结 结 + UD K
K 反向 阴极 U(BR) 截止区
0
正向 导通区
0.5 0.7
ID
反向 击穿区
UD/V
1. 外加正向电压(正偏) 外加正向电压(正偏) 二极管导通(相当于开关闭合) 二极管导通(相当于开关闭合) 2. 外加反向电压(反偏) 外加反向电压(反偏) 二极管截止(相当于开关断开) 二极管截止(相当于开关断开)
2. 关断时间： （闭合 关断时间：
toff = 0
普通开关：静态特性好， 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， 半导体开关：静态特性较差，动态特性好
几百万/ 几百万/秒 几千万/ 几千万/秒
2. 1. 2 半导体二极管的开关特性 一、静态特性 I -A P区 - 区- -阳极
漏极 D
4
iD + 3 开启电压 2 栅极 2 UTN = 2 V B uDS 4V G 1 衬 - 1 UTN 3V +u 底 GS 0 2 4 6 8 10 uDS /V 0 2 4 6 uGS /V 截止区 漏极特性 源极 S 转移特性
iD /mA 可 uGS = 6V 变 电 阻 恒流区 5V 区
-VDD
-10V 20 kΩ Ω
-VDD
-10V 20 kΩ Ω
-VDD
-10V 20 kΩ Ω
RD
RD
RD
iD D
D
uO uI
G
D S
uO uI
G
uO
uI
B
G
S
S
开启电压 UTP = − 2 V
uI > UTP
uO = UOL = −VDD
uI < UTP
uO = UOL ≈ 0 V
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
A S
K
1. 断开
ROFF = ∞， OFF = 0 I
2. 闭合
RON = 0， AK = 0 U
二、动态特性 1. 开通时间： 开通时间： （断开 闭合） 闭合）
A
S
K
ton = 0
断开） 断开）
(2) 符号 ) iB b c iC e NPN
base
P N
发射极 emitter
(3) 输入特性 )
状态 iB / µA 放大 饱和 临界
iB = f (uBE ) uCE
截止 iC / mA
4
0
条 件 发射结正偏 i C= β iB 集电结反偏 uCE ≥ 1V i C ＜ β iB 两个结正偏 I CS= β IBS uBE /V 两个结反偏 iB ≈ 0, iC ≈ 0 50 µA 40µA 放大区 30 µA 20 µA 10 µA 截止区