惰性电路和晶体管开关.pptxVIP

第1页/共19页惰性电路和晶体管开关第2页/共19页晶体二极管开关特性： 由于二极管具有单向导电性，外加正向电压时导通，外加反向电压时截止。所以，二极管是受外加电压极性控制的开关。1.二极管开关等效电路硅二极管的伏安特性如图所示：正向特性： 硅二极管导通，伏安特性曲线非常陡峭。正向压降为0.7V的恒压源。反向特性： 硅二极管截止，反相电流很小，一般在1μΑ以下，反相运用时，硅二极管相当于断开的开关。第3页/共19页晶体二极管开关特性：锗二极管的伏安特性如图所示：正向特性： 锗二极管导通，正向伏安特性变化缓慢。正向压降随正向电流的增加而增加。可用等效电阻RD表示。反向特性： 锗二极管截止，反向电流较大，一般在0.01~0.3mΑ。通常用恒流源表示反向反向偏置锗二极管。恒流源的大小等于锗二极管的反向电流值。 通常情况下，可以将硅、锗二极管看作是理想开关，截止认为开路，导通视为短路。第4页/共19页IDIDVIVOKVDVD00晶体二极管开关特性：二极管理想开关：理想模型：当外加电压 VD ? V t h 时: VD0,二极管正偏，管压降为0,有大电流流过。等效开关闭合。 VD0,二极管反偏，二极管电阻∞，电流为0。等效开关断开。Vth恒压模型：当外加电压 VD 和 V t h 相比，不可忽略时： 二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流变化而改变。典型值硅管0.7V，锗管0.3V第5页/共19页VDF+VI-晶体二极管开关特性：2.二极管反向恢复时间： 二极管由导通变为截止状态是不能瞬间完成。理想情况下：当 VI = VF 时，二极管正偏而导通。当 VI = -VR时，二极管反偏而截至。第6页/共19页VDF+VI-晶体二极管开关特性：实际情况，二极管反偏时：当 VI = VF 时，二极管导通。当 VI由＋VF下跳到－VR瞬间，反向电流 二极管仍然导通，PN结两端仍有很小管压降。只有经过一段时间t R以后，流经二极管的电流才近似等于反向电流 IO 。t R ：反向恢复时间。t R = t s + t ft s ：存储时间。t f ：下降时间。第7页/共19页反向恢复时间形成的原因： PN结正偏时，在外电压作用下，PN结两端多数载流子不断向对方扩散，P区的空穴扩散到N区，N区的电子扩散到P区。P区存有大量电子，N区存有大量空穴。当外加电压由＋VF下跳到－VR时： P区积累的大量电子被反向电场拉回到N区， N区积累的大量空穴被反向电场拉回到P区。形成电子、空穴漂移电流，这两个漂移电流就构成了反向电流 i R = -VR/RL 。存储时间 ts : 反向电流 i R 使存储电荷逐渐消失,靠近空间电荷区的存储电荷消失的比较快,当空间电荷区的边界处没有存储电荷时,二极管由正偏转向反偏。存储时间结束。下降时间 tf : 二极管由正偏转向反偏以后，反向电流随漂移电流的减少而减小。一般认为反向电流近似为 ：－0.1 VR / RL时，下降时间 t f 结束。t R一般只有几个 ns第8页/共19页P区N区空间电荷区第9页/共19页二、二极管限幅电路①、限幅原理： 利用二极管单向导电性,完成限幅。在理想模型下,VD 0 二极管导通。VD0 二极管截至。波形变换②、限幅用途：整形波形选择③、限幅电路的三种形式：串连限幅并联限幅双向限幅第10页/共19页DDVOVIVIRRVO1、串联限幅 二极管和输出端串联。限幅条件：R ? rd当 Vi 0, D 导通，VO = Vi 。当 Vi 0, D 截至，VO = 0 。二极管负极输出是下限幅，即限幅电平为0的下限幅器。二极管正极输出是上限幅，即限幅电平为0的上限幅器。第11页/共19页DRVIVO+E-提高限幅电平的限幅器：Vi E , D 导通。 VO = Vi Vi E ，D 截止。 VO = E第12页/共19页RVIDVORVIDVO2、并联限幅特点：二极管和输出端并联并联上限幅并联下限幅第13页/共19页D1D2R2R1++VIVOV1V2--3、双向限幅器:输入电压Vi〉VA,D1才会导通。串联双向限幅器 限幅条件：V2V1 ，D2 正偏导通，D1反偏截止。D1能否导通看 A 点电位。在输入端不加信号时：V2和VA分别为两个二极管导通或截止的分界。限幅电平为VA的下限器幅限幅电平为V2的上限器幅Vi VA ： D1 止、 D2 导。 VO=VAVA Vi V2 :D1、D2 均导。 VO=ViVi V2：D1 导、D2 止。VO=V2 并联双向限幅器用同样分析方法。第14页/共19页三、二极管限幅惰性 前面对二极管限幅器的分析没有考虑二极管的开关惰性和寄生电容的影响，其结果只适应于低速工作场合。在高速工作时，二极管的开关惰性和寄生电容的影响是不能忽略的。二极管限幅