開關(guān)特性器件原理第一頁，共六十九頁，2022年，8月28日§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2.電荷貯存效應(yīng)3.反向恢復(fù)時間的計算4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施圖5-1二極管的開關(guān)狀態(tài)正電平輸入，二極管導(dǎo)通，開態(tài)負(fù)電平輸入，二極管截止，關(guān)態(tài)與理想開關(guān)區(qū)別：1.正向壓降；2.反向漏電流；3.開關(guān)時間。第二頁，共六十九頁，2022年，8月28日2§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性2.電荷貯存效應(yīng)圖5-2導(dǎo)通過程中p+-n結(jié)內(nèi)電流、電壓和少子密度的變化1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用3.反向恢復(fù)時間的計算4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施（5-1）（5-2）（5-3）第三頁，共六十九頁，2022年，8月28日3§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用3.反向恢復(fù)時間的計算4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施圖5-3關(guān)斷過程中p+-n結(jié)內(nèi)電流、電壓和少子密度的變化存儲時間ts下降時間tf關(guān)斷時間tr=ts+tf，反向恢復(fù)時間2.電荷貯存效應(yīng)第四頁，共六十九頁，2022年，8月28日4§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用3.反向恢復(fù)時間的計算4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施圖5-4反向恢復(fù)過程對開關(guān)速度的限制2.電荷貯存效應(yīng)第五頁，共六十九頁，2022年，8月28日5§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性3.反向恢復(fù)時間的計算1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2.電荷貯存效應(yīng)4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施采用電荷法進(jìn)行計算。電荷法的優(yōu)點是概念清楚，所得公式簡單而便于應(yīng)用。貯存時間ts正向時：穩(wěn)態(tài)時：反向時：第六頁，共六十九頁，2022年，8月28日6§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2.電荷貯存效應(yīng)4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施初始條件：解得：認(rèn)為Ir不變：1線為初始時刻，Q=Iftp虛線為x=0處切線2、3、4線平行（斜率、梯度相同）斜率為Ir/AqDp陰影區(qū)面積=Q(ts)3.反向恢復(fù)時間的計算（5-12）第七頁，共六十九頁，2022年，8月28日7§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2.電荷貯存效應(yīng)4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施解得：上述計算利用邊界少子濃度等于零為標(biāo)志，實際上應(yīng)是非平衡少子濃度。由上式可見，ts與tp、Ir、If有關(guān)，分別起復(fù)合、抽取和貯存作用。實際中可用測ts的方法確定tp，是測量少子壽命的簡便方法。3.反向恢復(fù)時間的計算第八頁，共六十九頁，2022年，8月28日8§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2.電荷貯存效應(yīng)4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施下降時間tf實際下降過程中，結(jié)邊緣附近少子濃度梯度逐漸下降，反向電流不再是常數(shù)，問題復(fù)雜?？梢越普J(rèn)為Ir不變，而用（5-12）計算，即認(rèn)為整個反向過程為Ir抽取Iftp的時間，所得結(jié)果較實際的tf短。3.反向恢復(fù)時間的計算第九頁，共六十九頁，2022年，8月28日9§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2.電荷貯存效應(yīng)3.反向恢復(fù)時間的計算5.縮短反向恢復(fù)時間的措施4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷在IC中常將npn管的cb短路，利用eb結(jié)作為二極管，因Wp(Wb)<<Lnb，故稱之為薄基區(qū)二極管。正向工作時，p區(qū)電子線性分布。向其中注入少子的區(qū)域稱為半導(dǎo)體器件的基區(qū)。第十頁，共六十九頁，2022年，8月28日10§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2.電荷貯存效應(yīng)3.反向恢復(fù)時間的計算5.縮短反向恢復(fù)時間的措施4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷(平均停留時間)第十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日11§5.1p-n結(jié)二極管的開關(guān)特性1.p-n結(jié)二極管的兩個狀態(tài)和開關(guān)作用2.電荷貯存效應(yīng)3.反向恢復(fù)時間的計算4.薄基區(qū)二極管中的貯存電荷5.縮短反向恢復(fù)時間的措施兩個原則：1.減少貯存電荷量2.加快貯存電荷的消失過程減小正向電流減小少子擴(kuò)散長度，即縮短少子壽命減薄輕摻雜區(qū)厚度縮短少子壽命增大抽取電流第十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日12§5.2晶體管的開關(guān)作用1.晶體管的三個狀態(tài)及開關(guān)作用2.晶體管開關(guān)與二極管開關(guān)比較3.開關(guān)運用對晶體管的基本要求4.開關(guān)過程簡介第十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日13§5.2晶體管的開關(guān)作用1.晶體管的三個狀態(tài)及開關(guān)作用線性區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)第十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日14試分析Vce=0時，Ic=?第十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日15飽和時，eb結(jié)正偏約0.7V，ceV，因而集電結(jié)正偏。這是進(jìn)入飽和態(tài)的重要標(biāo)志。處于飽和態(tài)的晶體管ce間壓降稱為飽和壓降，其值與飽和深度有關(guān)，取決于負(fù)載電阻上承受的電源電壓?！?.2晶體管的開關(guān)作用飽和區(qū)特點：過驅(qū)動飽和壓降（?。┘娊Y(jié)正偏由于負(fù)載電阻限制，集電極電流達(dá)到集電極飽和電流而不能繼續(xù)隨基極電流增大。實際的基極電流（驅(qū)動電流）超過與飽和集電極電流相應(yīng)的數(shù)值。1.晶體管的三個狀態(tài)及開關(guān)作用第十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日16§5.2晶體管的開關(guān)作用集電極飽和電流飽和度過驅(qū)動因子飽和壓降如果在基極交替地施加正、負(fù)脈沖(或電平)，使晶體管交替地處于飽和態(tài)和截止態(tài)，對于集電極回路而言。則是交替地處于導(dǎo)通(開)和斷開(關(guān))狀態(tài)，因而可將其作開關(guān)使用。1.晶體管的三個狀態(tài)及開關(guān)作用第十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日17§5.2晶體管的開關(guān)作用2.晶體管開關(guān)與二極管開關(guān)比較相似之處： (1)正向時(導(dǎo)通時)管子本身有壓降。 (2)反向時(截止時)存在漏電流。 (3)存在開關(guān)時間不同之處：

(1)晶體管開關(guān)的輸出波形與輸入波形相位差180。而二極管開關(guān)是同相位的。前者可在集成電路中作倒相器。 (2)晶體管開關(guān)有電流及電壓的放大作用，而二極管開關(guān)沒有。第十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日18§5.2晶體管的開關(guān)作用3.開關(guān)運用對晶體管的基本要求開態(tài)和關(guān)態(tài)特性好飽和壓降小，消耗功率?。徽驂航敌?，啟動功率??；反向漏電流小。開關(guān)時間短第十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日19§5.2晶體管的開關(guān)作用4.開關(guān)過程簡介開關(guān)過程延遲上升貯存下降開關(guān)時間延遲時間td上升時間tr貯存時間ts下降時間tf開啟時間ton關(guān)閉時間toff開關(guān)時間第二十頁，共六十九頁，2022年，8月28日20第二十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日21§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間1.電荷控制理論2.延遲過程和延遲時間3.上升過程和上升時間4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間5.下降過程和下降時間6.提高開關(guān)速度的措施第二十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日22§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間1.電荷控制理論前幾章分析晶體管特性時是將晶體管看做“電流控制器件”。對于穩(wěn)態(tài)及小信號運用情況比較容易用線性微分方程來描述晶體管的特性。在作為開關(guān)運用時，晶體管的輸入信號幅度變化很大，且不是工作在線性區(qū)，而是在截止區(qū)與飽和區(qū)之間跳變。這時的晶體管表現(xiàn)出高度的非線性。若再采用前面的分析方法會使問題變得很復(fù)雜。另一方面，研究晶體管的開關(guān)特性時，著重討論的是晶體管在由開到關(guān)及由關(guān)到開的過程中結(jié)偏壓及內(nèi)部電荷的變化趨勢及結(jié)果，至于變化過程的每一瞬間電荷(載流子)的具體分布情況并不需要知道，因而可以用“電荷控制理論”來討論晶體管的開關(guān)特性。第二十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日23§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間1.電荷控制理論電荷控制理論的基本思想是從少數(shù)載流子的連續(xù)性方程導(dǎo)出電荷控制分析的基本微分方程，將電流（密度）、電荷和時間聯(lián)系起來，通過開關(guān)過程中結(jié)偏壓及內(nèi)部電荷的變化趨勢及結(jié)果得出各個階段的時間。對于npn晶體管，基區(qū)電子連續(xù)性方程為（5-25）（5-26）第二十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日24§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間（5-28）根據(jù)高斯定理（5-29）（5-30）（5-31）（5-31a）1.電荷控制理論流入基區(qū)電子(-Δin)與注入基區(qū)凈電子電流Δin符號相反電中性要求：流入基區(qū)電子等于流入基區(qū)空穴第二十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日25§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間（5-31a）基區(qū)中電荷隨時間的變化率等于單位時間基極電流所提供的電荷減去在基區(qū)內(nèi)部的復(fù)合損失穩(wěn)態(tài)時，有（穩(wěn)態(tài)值，角標(biāo)大寫）穩(wěn)態(tài)時，基極電流等于基區(qū)內(nèi)的少子復(fù)合電流1.電荷控制理論第二十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日26§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間定義基極時間常數(shù)將穩(wěn)態(tài)下基區(qū)貯存的少子電荷與相應(yīng)的基極電流聯(lián)系起來。集電極時間常數(shù)發(fā)射極時間常數(shù)稱為電荷控制參數(shù)，其相互關(guān)系及數(shù)值與器件本身參數(shù)有關(guān)1.電荷控制理論第二十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日27§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間此即電荷控制分析中描寫瞬態(tài)基極電流與瞬態(tài)基區(qū)電荷關(guān)系的基本方程。由于此方程是由穩(wěn)態(tài)方程外推所得的。因而是一個近似方程，此近似方程也只有在一定的條件下才可以使用（頻率限制）。（5-39）（5-40）計及結(jié)電容等非本征參數(shù)，完整的電荷控制方程為物理意義：基極電流所提供的電荷用于補(bǔ)充基區(qū)積累電荷的復(fù)合損失和基區(qū)電荷的積累，用于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)勢壘電容充電，補(bǔ)充超量貯存電荷的積累及其復(fù)合損失。1.電荷控制理論第二十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日28§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間2.延遲過程和延遲時間延遲過程：當(dāng)晶體管從關(guān)態(tài)向開態(tài)轉(zhuǎn)化時，輸出端不能立即對輸入脈沖作出響應(yīng)，而產(chǎn)生延遲過程。定義延遲過程為從正向脈沖輸入到集電極有輸出電流的過程。eb結(jié)反偏零偏正偏（?。ヽb結(jié)反偏反偏（?。┑诙彭摚擦彭?，2022年，8月28日29§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間第三十頁，共六十九頁，2022年，8月28日30§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間在延遲過程中，基極電流IB1提供的空穴有下列用途：①給eb結(jié)充電；②給cb結(jié)充電；③在基區(qū)建立與0.1Ics相對應(yīng)的空穴積累以及④補(bǔ)充維持這一電荷積累的復(fù)合損失。

延遲過程就是基極注入電流IB1向發(fā)射結(jié)勢壘電容充電、集電結(jié)勢壘電容充電、并在基區(qū)內(nèi)建立起某一穩(wěn)定的電荷積累的過程。2.延遲過程和延遲時間第三十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日31§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間延遲時間的計算將根據(jù)延遲過程中結(jié)電壓和電流的變化分兩個階段，分別列出電荷控制方程和求解。第一階段：基極輸入正脈沖→晶體管開始導(dǎo)通Ic≈0第二階段：

Ic由0→0.1Ics實際的延遲過程屬于上升過程2.延遲過程和延遲時間第三十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日32§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間2.延遲過程和延遲時間第三十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日33§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間3.上升過程和上升時間上升過程：延遲過程結(jié)束，基區(qū)開始積累電荷，并積累相應(yīng)于Ic從0(0.1Ics)到Ics(0.9Ics)的電荷（梯度）的過程。eb結(jié)反偏零偏正偏（?。ヽb結(jié)反偏反偏（?。┱ㄐ。┭舆t上升第三十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日34§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間①繼續(xù)向發(fā)射結(jié)勢壘電容充電；②繼續(xù)向集電結(jié)勢壘電容充電；③增加基區(qū)電荷積累；④補(bǔ)充基區(qū)電荷在積累過程的損失3.上升過程和上升時間第三十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日35§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間基區(qū)少子分布集電極電流0-----------------------0-----0.1Ics---------------0.9Ics--------發(fā)射結(jié)電壓-VBB-------------------Vjo(0.5V)----------------------0.7------------集電結(jié)電壓-(Vcc+VBB)--------(Vcc-Vjo)------------------------0V-----正偏-時間結(jié)點0------------------------td1-----td2(t1)-----0--------t1--------------------t2---------延遲時間延遲過程上升過程上升時間t0t1t2td1td2tr第三十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日36上升過程以Ic為標(biāo)志，故將電荷方程變換成Ic的關(guān)系計算式中采用了以下變換:第三十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日37上升過程以Ic為標(biāo)志，故將電荷方程變換成Ic的關(guān)系計算第三十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日38§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間電荷貯存效應(yīng)：上升過程結(jié)束時，集電極電流接近飽和值Ics，基極復(fù)合電流為Ics/bDC（臨界飽和基極電流），但實際基極電流大于此值，存在過驅(qū)動電流IBX，即基極電流除補(bǔ)充基區(qū)復(fù)合損失外，多余部分引起晶體管中電荷的進(jìn)一步積累，形成超量存貯電荷，并導(dǎo)致集電結(jié)正偏，晶體管進(jìn)入飽和態(tài)。關(guān)斷過程開始時，超量存貯電荷因復(fù)合和被基極電流抽取而逐漸消失，使得集電極電流不能立即對輸入負(fù)脈沖作出響應(yīng)。第三十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日39§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間第四十頁，共六十九頁，2022年，8月28日40§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間Jnb第四十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日41§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間貯存時間的計算即討論超量貯存電荷的消失定義貯存時間常數(shù)其中，QX為晶體管中總的超量貯存電荷。ts則是過驅(qū)動電流IBX對基區(qū)、集電區(qū)充電以形成超量貯存電荷的充電時間常數(shù)。4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間第四十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日42§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間超量貯存電荷的消失基區(qū)電荷QB的復(fù)合電流超量貯存電荷自身復(fù)合的復(fù)合電流基極抽取電流4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間(5-60)第四十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日43§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間變換（5-60）為（5-61）初始條件解得（5-62）4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間第四十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日44§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間當(dāng)t=ts1時，超量貯存電荷完全消失QX=0，代入(5-62)得（5-63）至此，存貯過程結(jié)束，但I(xiàn)C尚未減小，即存貯時間的tS2將在下降過程中計算。4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間第四十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日45§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間貯存時間常數(shù)tS的計算eb結(jié)IF形成QBSFcb結(jié)IRn形成QBSRcb結(jié)IRp形成Q'CS基區(qū)總電荷QBS=QBSF+QBSRIBS對應(yīng)的QB晶體管中總的超量存貯電荷為QX=QBSF+QBSR+Q'CS-Qb4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間第四十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日46§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間第四十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日47§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間縮短貯存時間的途徑：縮短集電區(qū)少子壽命，既可減小Q’CS，又可加速Q(mào)’CS的消失——摻金金在硅中有兩個能級，在n型硅中，金接受電子，受主能級起主要作用。在p型硅中，金釋放電子，施主能級起主要作用。在n型硅中的受主能級對空穴的俘獲能力約比其在P型硅中施主能級對電子的俘獲能力大一倍。因此，在Si-npn管中摻金既可以有效地縮短tpc而又不至于影響tnb，從而不會影響電流放大系數(shù)。4.電荷貯存效應(yīng)和貯存時間第四十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日48§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間5.下降過程和下降時間貯存過程結(jié)束時，QX=0，QB相當(dāng)于上升過程結(jié)束時的狀態(tài)。IB2繼續(xù)抽取QB、QTc及QTeIC由ICS→0.9ICS→0.1ICS為上升過程的逆過程：QB、IC、Veb、Vcb第四十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日49§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間于是，（5-75）5.下降過程和下降時間基極電流的作用在上升過程中，基極驅(qū)動電流IB1注入空穴對CTe、CTc充電；積累Qb；補(bǔ)充Qb積累過程中的復(fù)合基極抽取電流-IB2抽走空穴使CTe、CTc放電;抽走Qb基區(qū)復(fù)合的作用在上升過程中，復(fù)合作用阻礙Qb的積累，延緩上升過程，增大tr在下降過程中，復(fù)合作用加快Qb的消失，加速下降過程，縮短tf第五十頁，共六十九頁，2022年，8月28日50§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間代入相關(guān)各量與Ic關(guān)系（5-76）利用t=t3=0時，Ic=Ics為初始條件，解得（5-77）5.下降過程和下降時間第五十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日51§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間5.下降過程和下降時間第五十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日52§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間基區(qū)少子分布集電極電流Ics--------------------Ics----0.9Ics---------------0.1Ics--------發(fā)射結(jié)電壓0.7零偏-反偏集電結(jié)電壓正偏-------------------0V----------------0V------------------反偏-貯存時間貯存過程下降過程下降時間t3t4t5ts1ts2tf第五十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日53§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間6.提高開關(guān)速度的措施tdtrtstf減小結(jié)面積，以減小結(jié)電容減小IB2，增大IB1減小結(jié)面積，以減小結(jié)電容減小基區(qū)寬度，更快建立梯度增加基區(qū)少子壽命，加強(qiáng)基區(qū)輸運，減小復(fù)合增大IB1IB1不要太大，不要飽和太深減小Wc或Lpc加大IB2減小tpc摻金減小結(jié)面積，以減小結(jié)電容減小基區(qū)寬度，更快建立梯度增大IB2第五十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日54§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間綜合分析晶體管的開關(guān)過程，要想提高開關(guān)速度，也就是要求eb結(jié)、cb結(jié)勢壘電容充電快，基區(qū)電荷積累快——“開”快；飽和深度不要太深，超量存貯電荷少，并能盡快被抽走或復(fù)合——“關(guān)”快。但這些要求往往是互相矛盾的。如增大IB1，可使CTe、CTc充電快，Qb積累快，但這會增加飽和深度S，使tS增加；又如增大(-IB2)，可有效地降低tf但若通過減小Rb來實現(xiàn)，又會使IB1、tS增大；若增加(-VBB)，又會使td增加，所以四個時間不能同時縮短。其中以貯存時間tS為最長，所以如何縮短tS便成了縮短開關(guān)時間的主要目標(biāo)。6.提高開關(guān)速度的措施第五十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日55§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間6.提高開關(guān)速度的措施其中以貯存時間tS為最長第五十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日56§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間(一)開關(guān)管的設(shè)計思想(1)Si-npn管摻金：既不影響電流增益又可有效地減小集電區(qū)少子－－空穴壽命．一方面減少導(dǎo)通時的超量存貯Q’cs，同時加速關(guān)閉時的復(fù)合。(2)采用外延結(jié)構(gòu)并：①減小外延層厚度，②降低外延層電阻率，以減小集電區(qū)少于壽命。前者從空間、后者從時間上限制Q’cs。這兩項措施也同時減小集電區(qū)串聯(lián)電阻rcs，從而對減小飽和壓降Vces有利。但它們都會影響集電結(jié)耐壓能力。所以在考慮采用時要注意兼顧。(3)減小結(jié)面積，以減小CTe、CTc，這可有效地縮短td、tr、tf。但結(jié)面積最小尺寸受集電極最大電流JCM及工藝水平的限制。(4)減小基區(qū)寬度，減小Qb，可使tr、tf大大降低(濃度梯度變化快)。6.提高開關(guān)速度的措施第五十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日57§5.3晶體管的開關(guān)過程和開關(guān)時間(二)開關(guān)管應(yīng)用電路選擇原則

(1)加大IB1:充電快，可縮短td、tr。同時由于IB1較大，增加了飽和深度S，對降低飽和壓降Vces有利，但同時也由于增加了超量存貯電荷量而使tS延長，一般控制S＝4來選擇適當(dāng)?shù)腎B1。(2)加大(-IB2)：反向抽取快，可縮短tS、tf，但要注意應(yīng)選在-VBB和Rb的允許范圍之內(nèi)。(3)非飽和運用：晶體管工作在臨界飽和區(qū)。其中沒有超量存貯電荷Qx，則tS→0，但此時c、e之間的壓降Vce較高(接近0.7V)。是否可以非飽和運用要視電路條件而定。(4)負(fù)載電阻的選擇；在Vcc與IB1一定時，選擇較小的RL可使晶體管不致進(jìn)入太深的飽和態(tài)，有利于縮短tS。但RL減小會使ICS增大，從而延長了tr、tf，并增大了功耗?？紤]管殼電容、引線電容等寄生電容的影響，RL盡量小些。6.提高開關(guān)速度的措施第五十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日58§5.4開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降正向壓降、飽和壓降和開關(guān)時間一樣，都屬于開關(guān)晶體管的特征參數(shù)。定義：當(dāng)晶體管驅(qū)動到飽和態(tài)時，基極—發(fā)射極間(輸入端)的電壓降稱為共發(fā)射極正向壓降，記為Vbes。此時輸出端(集電極—發(fā)射極之間)的電壓降稱為共發(fā)射極飽和壓降，記為Vces。第五十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日59§5.4開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降1.正向壓降Vbes即發(fā)射極與基極兩極之間的電壓降。它包括：①eb結(jié)的結(jié)壓降Ve；②eb結(jié)到基極電極接觸之間的基區(qū)體電阻rb上的電壓降Ibrb；③eb結(jié)到發(fā)射極電極接觸之間的發(fā)射區(qū)體電阻res上的壓降Ieres。

一般情況下，發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，發(fā)射區(qū)厚度又不大，上式中第三項可以略去。但對于大功率管，發(fā)射區(qū)上串聯(lián)有鎮(zhèn)流電阻時就不可忽略。另外若由于光刻引線孔沒刻透或金屬電極合金化未做好時也會使電極的接觸電阻大大增加而導(dǎo)致res增大。而后者又往往是Vbes不合格的重要原因。第六十頁，共六十九頁，2022年，8月28日60§5.4開關(guān)晶體管的正向壓降和飽和壓降1.正向壓降VbesVbes主要決定于發(fā)