三极管开关特性(经典)
三极管的开关特性
三、三态门
Enable:控制端， 又称使能端
图2.4.31 三态输出门的电路图和图形符号
（a）控制端高电平有效 （b）控制端低电平有效
? 三态输出门 三态：电路输出端可以处于三
种状态：高电平、低电平和悬空态。 推拉输出的特点是T4、T5轮流
P管作负载管， N管作输入管， 两管栅极接在一起。
注意：P沟的开启电压是 负值 栅极电压要低于源极。 两管 导通 时的 电阻 较小为 R ON 两管 截止 时的 电阻 很大为 R OFF
N沟道增强型和P沟道增强型
(1) 当输入电压VI为低电平 时，VI=0 T1管导通，T2管截止，输 出电压V0为：
§ 2 门电路 2. 1 概述
1、门电路
2、高低电平与正负逻辑 高电平为1，低电平为0称为正逻辑 高电平为0，低电平为1称为负逻辑
3、分立元件门电路和集成门电路
2. 2 二极管和三极管的开关特性
二极管导通条件及导通时的特点:
VF ? 0.7V VD ? 0.7V (硅 )
二极管截止条件及截止时的特点:
图2.6.8 vO= VOL时CMOS反相器的工作 状态
图2.6.9 CMOS反相器的低电平输出 特性
图2.6.10 vO= VOH时CMOS反相器的工 作状态
图2.6.11 CMOS反相器的高电平输出 特性
图2.6.12 CMOS反相器传输延迟时间的 定义
图2.6.13 VDD 和CL对传输延迟时间的 影响
图2.3.2 二极管或门
图2.3.3 三极管非门（反相器）
2.4 TTL门电路
TTL （Transistor-Transistor-Logic)
三极管的开关特性
第四节 开关电路
第四节 开关电路
【教学目标】 1.了解开关电路种类， 2.理解二极管、三极管的开关特性； 3.了解二极管、三极管开关电路类型及工作原理 【教学重点】 二极管、三极管开关特性 【难点分析】 二极管、三极管开关电路工作原理
第四节 开关电路
开关的作用：接通或断开电路 。 开关的分类： （1）有触点开关 如闸刀、按钮等，缺点是动作速 率低，不能满足自动控制中机电没备的要求 （2）无触点开关 如由二极管、三极管组成的晶体 管开关，特点是动作速率高、寿命长和便于控制 ，
一、二极管、三极管的开关特性 2.三极管的开关特性
（1）截止状态特性 三极管截止的条件是集电结和发射结都处 于反向偏置状态 ( 发射结零偏是临界截止 ) 。 此时IB=0、Ic ≈0、UCE=VCC－ICRC≈VCC，集 电极和发射极间的电阻很大，相当于开关 断开。
三极管的开关特性
（2）饱和状态特性
动画演示工作原理
三、应用举例
光电控制自动停机电路
第四节 开关电路
【课堂练习】 思考与练习第1、2、4 题。
第四节 开关电路
【课堂小结】 一、开关的作用与分类 二、二极管的开关特性 1.稳态特性 2.二极管的开关时间 三、三极管的开关特性 1.截止状态特性 2.饱和状态特性 3.三极管的开关时间 四、基本开关电路的电路组成及工作原理
ห้องสมุดไป่ตู้
第四节 开关电路
【课后作业】 思考与练习第3、5 题。
一、二极管、三极管的开关特性 1.二极管的开关特性
（1）稳态特性 当无信号输入，二极管处于稳定的导 通和截止状态时所具有的性质称为稳态 特性。
二极管并不是一个理想的开关元件
晶体三极管的开关特性(精)
• •
静态特性 MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两 种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由 栅源电压UGS决定其工作状态。图为由NMOS增强 型管构成的开关电路。
当UGS小于NMOS管的启动电 压UT时，MOS管工作在截 止区， iDS基本为0，输出 电压UDS ≈ UDD，MOS管处 于“断开”状态，其等效 电路为如右。
三极管动态特性Ⅱ
• 从左图可知波形起始部分和平顶部分都延 迟了一段时间,上升和下降沿都变得缓慢了。 为了对三极管的瞬态过程进行定量描述， 通常引入以下几个参数来表征：
– 延迟时间td——从+ VB2加入到集电极电流ic 上升到0.1ICS所需时间； – 上升时间tr ——ic从0.1ICS上升到0.9ICS所需 时间; – 存储时间ts ——从输入信号降到-VB2到ic降到 0.9ICS所需时间; – 下降时间tf ——从ic从0.9ICS 下降到0.1ICS所 需时间。
uB<0
uB<0 IB ≥ IBS IBS ICS 1β
ICS = (uCC -uCES)/ RC
ui ui 为高电平 为低电平 ui ui 为低电平 为高电平
动态特性 MOS管在导通与截止状态发生转换 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杂散电容 充、放电所需的时间，而管子本身 导通和截止时电荷积累和消散的时 间是很小的。下面给出了MOS管组 成的电路及其动态特性示意图。
MOS管动态特性Ⅰ
• 当输入电压ui由高变低， MOS管由 导通状态转换为截止状态时，电源 UDD通过RDD向杂散电容CL充电，充 u i 电时间常数τ1 = RDD CL 。所以，输 出电压uo要通过一定延时才能由低 电平变为高电平；
三极管的开关特性
三极管的开关特性在脉冲与数字电路中，三极管作为最基本的开关元件得到了普遍的应用。
三极管工作在饱和状态时，其UCES≈0，相当于开关的接通状态；工作在截止状态时，IC≈0，相当于开关的断开状态，因此，三极管可当做开关器件使用。
结型场效应管场效应管（Fjeld Effect Transistor简称FET ）是利用电场效应来控制半导体中电流的一种半导体器件，故因此而得名。
场效应管是一种电压控制器件，只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型晶体管。
与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。
场效应管有两大类，结型场效应管JFET和绝缘栅型场效应管IGFET，后者性能更为优越，发展迅速，应用广泛。
图Z0121 为场效应管的类型及图形、符号。
一、结构与分类图 Z0122为N沟道结型场效应管结构示意图和它的图形、符号。
它是在同一块N型硅片的两侧分别制作掺杂浓度较高的P型区（用P+表示），形成两个对称的PN结，将两个P区的引出线连在一起作为一个电极，称为栅极（g），在N型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。
在形成PN结过程中，由于P+区是重掺杂区，所以N一区侧的空间电荷层宽度远大二、工作原理N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。
下面以N沟道结型场效应管为例来分析其工作原理。
电路如图Z0123所示。
由于栅源间加反向电压，所以两侧PN结均处于反向偏置，栅源电流几乎为零。
漏源之间加正向电压使N型半导体中的多数载流子-电子由源极出发，经过沟道到达漏极形成漏极电流ID。
1．栅源电压UGS对导电沟道的影响（设UDS＝0）在图Z0123所示电路中，UGS ＜0，两个PN结处于反向偏置，耗尽层有一定宽度，ID=0。
若|UGS| 增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大；若|UGS| 减小，耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。
三极管不同类型开通关断详解
三极管不同类型开通关断详解三极管是一种常用的电子元件，常用于放大、开关等电路中。
在实际应用中，不同类型的三极管具有不同的特性和用途，本文将详细介绍三极管不同类型的开通关断特性。
一、PNP型三极管PNP型三极管是一种基极反接的三极管，它的电流流向与NPN型相反。
当P区的基极电压低于发射极时，PNP型三极管处于截止状态，此时集电极与发射极之间的电阻非常大，相当于开路状态。
当基极电压高于发射极时，PNP型三极管处于导通状态，此时集电极与发射极之间的电阻非常小，相当于闭路状态。
二、NPN型三极管NPN型三极管是一种基极正接的三极管，它的电流流向与PNP型相反。
当N区的基极电压高于发射极时，NPN型三极管处于截止状态，此时集电极与发射极之间的电阻非常大，相当于开路状态。
当基极电压低于发射极时，NPN型三极管处于导通状态，此时集电极与发射极之间的电阻非常小，相当于闭路状态。
三、场效应管场效应管也称为FET，是一种基于电场效应的半导体器件。
它有三个电极：源极、漏极和栅极。
当栅极电压低于源极电压时，场效应管处于截止状态，此时源极与漏极之间的电阻非常大，相当于开路状态。
当栅极电压高于源极电压时，场效应管处于导通状态，此时源极与漏极之间的电阻非常小，相当于闭路状态。
场效应管具有输入电阻高、噪声小、功耗低等优点，常用于高频放大和开关电路中。
四、继电器继电器是一种电磁开关，它由线圈、触点和固定铁芯组成。
当线圈通电时，铁芯被磁化，使得触点闭合，此时继电器处于闭合状态。
当线圈断电时，铁芯失去磁性，触点打开，此时继电器处于断开状态。
继电器具有开关能力强、绝缘性好、可靠性高等优点，常用于高压、大电流开关电路中。
不同类型的三极管和继电器在开通关断方面有着不同的特性和用途。
在实际应用中，应根据具体情况选择合适的器件，以保证电路的正常工作。
二极管、三极管的开关特性
C断，F灭
断“0”
合“1” 亮“1”
灭“0”
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
F 0 0 0 1 0 1 0 1
逻辑函数式
F =（A+B）C
二极管构成的与门
A 0 0 1 1 二极管构成的或门 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Z 0 1 1 1 B 0 1 0 1 Z 0 0 0 1
VO
c
RB b Vi N N P
0 VCC RC Vi RB
IC ≠β IB 这时候三极管进入饱和状态。 此时输出电压VO接近于 0。
IB
e
相当于C-E间直通。 实际的三极管在饱和状态下CE间是有一定电压的， 一般为 0.2V，这个电压称为三极管的饱和电压。
（1）截止
c b
（2）饱和
c b 0.7V
F
或逻辑运算符，也有 N个输入： 用“∨”、“∪”表 逻辑表达式 示 F= A + B+ ...+
F= A + B
N
非逻辑
当决定某一事件的条件满足时，事件不发 生；反之事件发生，
非逻辑真值表 A F 0 1 1 0
逻辑表达式
“-”非逻辑运算符
F= A
逻辑符号 1 A
F
三、复合逻辑运算 与非逻辑运算 或非逻辑运算 与或非逻辑运算
A
B
=1
F
二极管与门电路 工作原理
A、B中有一个 或一个以上为 低电平0V 则输出F就为低
3V 0V 3V 3V A 0V 0V 3V 3V B 0V 3V 0V 3V
0V 3V
双极性三极管开关特性
双极性三极管开关特性晶体三极管工作于截止区时，内阻很大，相当于开关断开状态；工作于饱和区时，内阻很低，相当于开关接通状态。
三极管开关电路如图2.2.2(a)示。
输入控制信号为矩形电压脉冲，电源电压 ,输出信号为 ,三极管开关电路输入输出波形如图2.2.2(b)。
下实例中为12V的开关控制信号，为单片机可接收的TTL信号，为了与输入控制信号一致，加入反相器74LS14。
TransistorsA Transistor is a solid-state device designed to control DC current. Transistors are most commonly found in low DC powered sensors as the output switch. There are two types of transistors - NPN and PNP.The figure below shows a NPN (Current Sink) Open Collector TransistorFigure 1: Sensor NPN OutputOutput StyleDepending on model, incremental encoders are available with several different electrical output styles. Choice of signal depends on receiving instrument and cable distance. Line driver outputs with complimentary outputs can be used with longer cables as noise spikes can be cancelled.NPNUses an NPN type transistor and aninternal resistor pulling up to the powersupply rail. The output is an activevoltage.NPN Open CollectorUses an NPN type transistor butwithout an internal pull up resistor tothe supply rail. The output is passiveso a separate power supply can beused.PNPUses a PNP type transistor and aninternal resistor pulling down to zerovolts.PNP Open CollectorUses a PNP type transistor but withoutan internal pull down resistor to zerovolts.Push PullA problem with NPN and PNP typeoutputs is the high output impedance.This can be solved by acomplementary output allowing betterswitching to zero and positive supplyrails.Line DriverThis output style has twocomplimentary outputs per channelallowing better transmission in noisyenvironments and long cable lengths.The receiver can process the signal,eliminating noise spikes.PTC protectionA positive temperature coefficientresistor can be added to the output of aNPN or PNP encoder, protecting itfrom output short circuits.Sinking/SourcingSinking sensors allow current to flow into the sensor to the voltage common, while sourcing sensors allow current to flow out of the sensor from a positive source. For both of these methods the emphasis is on current flow, not voltage. By usingcurrent flow, instead of voltage, many of the electrical noise problems are reduced. When discussing sourcing and sinking we are referring to the output of the sensor that is acting like a switch. In fact the output of the sensor is normally a transistor, that will act like a switch (with some voltage loss). A PNP transistor is used for the sourcing output, and an NPN transistor is used for the sinking input. Whendiscussing these sensors the term sourcing is often interchanged with PNP, and sinking with NPN. A simplified example of a sinking output sensor is shown in See A Simplified NPN/Sinking Sensor. The sensor will have some part that dealswith detection, this is on the left. The sensor needs a voltage supply to operate, so a voltage supply is needed for the sensor. If the sensor has detected somephenomenon then it will trigger the active line. The active line is directlyconnected to an NPN transistor. (Note: for an NPN transistor the arrow always points away from the center.) If the voltage to the transistor on the active line is 0V, then the transistor will not allow current to flow into the sensor. If the voltage on the active line becomes larger (say 12V) then the transistor will switch on andallow current to flow into the sensor to the common.A Simplified NPN/Sinking SensorSourcing sensors are the complement to sinking sensors. The sourcing sensors use a PNP transistor, as shown in See A Simplified Sourcing/PNP Sensor. (Note: PNP transistors are always drawn with the arrow pointing to the center.) When thesensor is inactive the active line stays at the V+ value, and the transistor staysswitched off. When the sensor becomes active the active line will be made 0V, and the transistor will allow current to flow out of the sensor.A Simplified Sourcing/PNP SensorMost NPN/PNP sensors are capable of handling currents up to a few amps, and they can be used to switch loads directly. (Note: always check the documentation for rated voltages and currents.) An example using sourcing and sinking sensors to control lights is shown in See Direct Control Using NPN/PNP Sensors. (Note: This example could be for a motion detector that turns on lights in dark hallways.)Direct Control Using NPN/PNP SensorsIn the sinking system in See Direct Control Using NPN/PNP Sensors the light has V+ applied to one side. The other side is connected to the NPN output of the sensor.When the sensor turns on the current will be able to flow through the light, into the output to V- common. (Note: Yes, the current will be allowed to flow into the output for an NPN sensor.) In the sourcing arrangement the light will turn on when the output becomes active, allowing current to flow from the V+, thought thesensor, the light and to V- (the common).At this point it is worth stating the obvious - The output of a sensor will be an input for a PLC. And, as we saw with the NPN sensor, this does not necessarily indicate where current is flowing. There are two viable approaches for connecting sensors to PLCs. The first is to always use PNP sensors and normal voltage input cards.The second option is to purchase input cards specifically designed for sourcing or sinking sensors. An example of a PLC card for sinking sensors is shown in See A PLC Input Card for Sinking Sensors.A PLC Input Card for Sinking Sensors“采用集电极开路的输出方式，有什么好处？”A：集电极开路输出大概有以下几个好处：1.可以实现线与功能，即两个或多个输出端可并联在一起，然后接一上拉电阻至高电平。
晶体三极管开关特性-2022年学习资料
晶体管开关在脉冲与数字电路中_ 晶体管经常被当作开关 (电子 开关)来使用 那么晶体管工作于开关状态其开关 性是 什么 ? 1 {俸掇管开类;憷: 开关元件的作用是能把电路接通和断开。 接通就是要元 件呈现很小的电 最好接近于短路; 断开就是要元件呈现 很大的电阻 最好接近于开路。 1秣掰: 开关断开时 工 = 0, 关两端电阻为。 开关闭合时 R = 0,开关两端电压为0。 开关动作瞬时完成。 以上三点不受温度等环境因素 响。
三 -极限1胤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 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。 二极管限幅器作高速应用时: 首先选用高 开关二极管; 其反向恢复时间远小于工作周 期。所以其开关惰性和结电容可以忽略不计。 其次要注意输出端寄生电 对输出波形有较大的影响, 限 幅电阻越大。对波形影响也就越大。 下面主要讨论寄生电容对二极管限幅器的影响。 寄生电容: 接线电容。下-级输入电容之和。
晶体-极管开关特性: IA 锗二极管的伏安特性如图所示: 正向特性 锗二极管导通, 正向伏安特性娈 600-20 0.5 VolV 化缓慢。正向压降随正向电流的增加 01 而增加。可用等效电阻R表示。 0.3 向特性 锗二极管截止, 反向电流较大,K V VD 般在0.01~0.3mA 通常用恒流 V < OV Vo > 0V) 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。 I0 RD 通 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。
P雎区塑区晶体三极管开关特性
二极管和三极管的开关特性
第一节二极管的开关特性一般而言，开关器件具有两种工作状态：第一种状态被称为接通，此时器件的阻抗很小，相当于短路；第二种状态是断开，此时器件的阻抗很大，相当于开路。
在数字系统中，晶体管基本上工作于开关状态。
对开关特性的研究，就是具体分析晶体管在导通和截止之间的转换问题。
晶体管的开关速度可以很快，可达每秒百万次数量级，即开关转换在微秒甚至纳秒级的时间内完成。
二极管的开关特性表现在正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换过程。
二极管从反向截止到正向导通与从正向导通到反向截止相比所需的时间很短，一般可以忽略不计，因此下面着重讨论二极管从正向导通到反向截止的转换过程。
一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程在上图所示的硅二极管电路中加入一个如下图所示的输入电压。
在0―t1时间内，输入为+V F，二极管导通，电路中有电流流通。
设V D为二极管正向压降（硅管为0.7V左右），当V F远大于V D时，V D可略去不计，则在t1时，V1突然从+V F变为-V R。
在理想情况下，二极管将立刻转为截止，电路中应只有很小的反向电流。
但实际情况是，二极管并不立刻截止，而是先由正向的I F变到一个很大的反向电流I R=V R／R L，这个电流维持一段时间t S后才开始逐渐下降，再经过t t后，下降到一个很小的数值0.1I R，这时二极管才进人反向截止状态，如下图所示。
通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。
其中t S 称为存储时间，t t称为渡越时间，t re=t s+t t称为反向恢复时间。
由于反向恢复时间的存在，使二极管的开关速度受到限制。
二、产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应产生上述现象的原因是由于二极管外加正向电压V F时，载流子不断扩散而存储的结果。
当外加正向电压时Ｐ区空穴向Ｎ区扩散，Ｎ区电子向Ｐ区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在Ｐ区内存储了电子，而在Ｎ区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流于，如下图所示。
三极管典型开关电路
三极管典型开关电路三极管是一种常用的电子元件，可以用来实现各种电路功能。
其中，三极管的典型开关电路广泛应用于数码电子产品、功率控制电路等领域。
下面将从三极管的基本工作原理、典型的开关电路及其应用展开阐述。
三极管是由三个控制极（基极、发射极、集电极）组成，一般用来放大电流或者作为开关使用。
在开关电路中，三极管的工作状态有两种，即饱和状态和截止状态。
在饱和状态时，三极管导通，此时基极发出的微弱电流会放大成较大的电流输出；而在截止状态时，三极管不导电，无输出电流。
通过改变基极电压或者基极电流来控制三极管的工作状态，从而实现开关电路的功能。
典型的三极管开关电路有两种，分别是共发射极开关电路和共集电极开关电路。
下面将分别介绍这两种开关电路及其应用。
首先是共发射极开关电路。
这种电路结构简单，常用于小功率开关电路。
该电路的输入信号通过基极到达发射极，通过改变基极电流来控制三极管的工作状态。
当基极电流较小时，三极管处于截止状态，无输出电流；而当基极电流较大时，三极管处于饱和状态，有输出电流。
这种开关电路常用于触发器、脉冲调制和数字逻辑电路等应用中。
其次是共集电极开关电路，又称为集电极开关电路。
该电路具有较高的电压放大倍数，常用于大功率开关电路。
该电路的输入信号通过基极到达发射极，基极电流控制发射极电流的大小，进而影响集电极电流。
当基极电流较小时，三极管处于截止状态，无输出电流；而当基极电流较大时，三极管处于饱和状态，有输出电流。
该开关电路常用于功率开关、计时器、电源开关和电动机驱动等应用中。
三极管的开关电路在实际应用中具有广泛的用途。
例如，三极管的共发射极开关电路可以用于控制数码电子产品中的LED灯的亮灭；而共集电极开关电路可以实现电源的开关控制和电动机的驱动控制等。
此外，三极管的开关电路也常用于功率控制电路中，如用于调光控制、变频驱动等。
这些应用使得三极管开关电路在现代电子产品中发挥着重要的作用。
总结起来，三极管典型开关电路有共发射极开关电路和共集电极开关电路。
三极管开关状态详解
三极管开关状态详解三极管是一种重要的电子元件，其工作状态可以由基极（B）和发射极（E）之间的电压控制。
根据电压的不同，三极管可以处于开启状态、关闭状态、饱和区、截止区和放大区等不同状态。
下面将对每种状态进行详细解释。
1. 开启状态当基极电压大于发射极电压时，三极管处于开启状态。
此时，电流从集电极（C）流向发射极（E），同时基极（B）和集电极（C）之间也有电流通过。
在这个状态下，三极管相当于一个导通开关，可以用来控制大电流的通断。
2. 关闭状态当基极电压小于发射极电压时，三极管处于关闭状态。
此时，电流从发射极（E）流向集电极（C），同时基极（B）和集电极（C）之间没有电流通过。
在这个状态下，三极管相当于一个断开开关，可以用来切断大电流。
3. 饱和区当基极电压增加到一定程度时，三极管进入饱和区。
此时，虽然基极电压仍然小于发射极电压，但基极和集电极之间的电压差已经很小，导致电流不再增加。
在这个状态下，三极管的导通电阻很小，可以用来实现低电阻的导通。
4. 截止区当基极电压减小到一定程度时，三极管进入截止区。
此时，虽然基极电压仍然大于发射极电压，但基极和集电极之间的电压差已经很大，导致几乎没有电流通过。
在这个状态下，三极管的导通电阻很大，可以用来实现高电阻的断开。
5. 放大区在开启状态和饱和区之间有一段区域称为放大区。
在这个区域内，三极管的基极电流对集电极电流有放大作用。
当基极电流增加时，集电极电流也会相应增加。
这个区域是三极管工作的主要区域，可以用来实现信号的放大和传输。
综上所述，三极管在不同的电压作用下可以处于不同的工作状态，从而在电路中发挥不同的作用。
在开关电路中，三极管可以作为开关元件来控制电流的通断；在放大电路中，三极管可以作为放大元件来放大信号的幅度和功率。
度的执行效果。
【2019年整理】三极管的开关特性,门电路教程
图2.2.8 用图解法分析图2.2.7电路
(a)电路图 (b)作图方法
截止.饱和条件:
截止条件:VBE 0V (或VBE 0.5V )
饱和条件: IB IBS
图2.2.9 双极型三极管的开关等效电路
(a)截止状态 (b)饱和导通状态
2.3 最简单的与、或、非门电路 图2.3.1 二极管与门
注意：P沟的开启电压是负值 栅极电压要低于源极。 两管导通时的电阻较小为RON 两管截止时的电阻很大为ROFF
N沟道增强型和P沟道增强型
(1) 当输入电压VI为低电平 时，VI=0 T1管导通，T2管截止，输 出电压V0为：
VDD
(2) 当输入电压VI为高电平 时，VI=VDD
T1管截止，T2管导通，输 出电压V0为：0v
（一）、TTL门电路 我们以TTL与非门电路为例，分析一下TTL电路的特 点，特别是输出级的结构，因为大多数TTL门电路的输 出级都是这种结构。
图2.4.1 TTL反相器的典型电路
非门内部电路工作原理
A 为0.2v
3.4V
0.9v 2.1v
1.4v
0.5v
5v
1v 1v
3.6v
0.7v 0.3v
出现大量的反向电流的原因：
较大的反向漂移电流 tre 一般为纳秒数量级
2.2.2 三极管的开关特性
在数字电路中，三极管是作为开关使用的。 三极管
截止相当于开关断开；三极管饱和相当于开关闭合；因此 我们最关心三极管截止和饱和时的情况。
一、开关特性
图2.2.6 双极型三极管的特性曲线
(a)输入特性曲线 (b)输出特性曲线
图2.3.2 二极管或门
图2.3.3 三极管非门（反相器）
三极管开关特性(经典)
(1) 结构 集电极 collector
基极
base
ห้องสมุดไป่ตู้
N 集电结 P 发射结 N
发射极 emitter
(2) 符号
c
iB b
iC
e NPN
状态 iB / µA
放大
饱和 临界 截止0
u电C流E 关 0系 iiCC＜= uiBiCBE
条件 发射结正偏
1V集电结反偏
两个结正偏
I CS= IBS uBE /V
iB ≈ 0, iC ≈ 0
两个结反偏
2. 开关应用举例
(1) uI UI L 2 V
+VCC (12V)
发射结反偏 T 截止
iB 0 iC 0
uO VCC 12 V
(2) uI UI H 3 V
Rc
+
Rb
iC iB
3V 2.3 k
uI
-2V
2 k
+ T 100 uo
发射结正偏 T 导通
放大还 是饱和？
2. 1. 2 半导体二极管的开关特性 一、静态特性
+ UD -
A
K
A
S
K
ID
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) ID 0
二极管的开关作用：
[例] 电路如图所示，
+ 0.DD7 V -
uI 2 V 或 3 V
试判别二极管的工作
+
uI
-
+
三极管开关原理及运用
三极管开关原理及运用三极管开关的原理是基于三极管的特性和工作原理。
三极管是一种具有两个 pn 结的半导体器件，由三个材料层构成，分别是：发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。
基极通过控制发射极和集电极之间的电流，实现对集电极电流的控制。
当基极电流大于一定阈值时，三极管会进入饱和区，此时集电极电流几乎等于发射极电流，即三极管处于导通状态；当基极电流小于一定阈值时，三极管会进入截止区，此时基极电流几乎为零，三极管处于关闭状态。
三极管的开关特性使其具有以下几个优点：1.快速开关速度：由于三极管开关的工作原理，其开关速度很快，可以在微秒级别之内完成开关动作，适用于高频率的开关应用。
2.较低的控制功耗：在工作状态下，三极管的基极电流很小，控制功耗也较低，能够实现高效能的开关操作。
3.较高的电流放大能力：三极管具有较高的电流放大能力，可以通过小信号控制大电流的流动。
这使得三极管开关在控制各种负载的电流时具有较大的灵活性和适用性。
4.适用于多种应用：三极管开关可以用于直流和交流电路的开关控制和信号放大，广泛应用于各种电子设备中。
1.电源开关：三极管开关可以用于电源开关电路中，实现对电源输出的开关控制。
通过控制基极电流，可以实现将电源电压传递给负载或断开负载与电源的连接，从而实现对电源的开关控制。
2.电机控制：三极管开关可以用于电机控制电路中，实现对电机的开关和速度控制。
通过控制三极管的开关状态，可以实现电机的启动、停止和速度调节等功能。
3.信号放大：三极管开关可以用作信号放大器，在放大电路中起到放大和调节信号的作用。
通过三极管放大器，可以将微弱的输入信号放大到较大的幅度，使其能够被后续电路所识别和处理。
4.时序控制：三极管开关可以用于时序控制电路中，实现时序信号的触发和控制。
通过控制三极管的开关状态和触发方式，可以实现对时序信号的精确控制，适用于时序电路和计时电路等应用。
总之，三极管开关是一种基于三极管的电子开关，具有快速开关速度、较低的控制功耗、较高的电流放大能力等优点，被广泛应用于电子设备中的电源开关、电机控制、信号放大和时序控制等方面。
12晶体三极管开关特性
→放大→截止。
1
分析输入信号由： 0
希望基极驱散电流i b 2很大,加速三极 管由饱和向截止状态转变。
N 同样Pi b2增加带来Nt f 减小。同时也会使 t d 增加。即：三极管截止
时，反偏电压越大，转向正偏时间越长。因此，要求驱动电流也不是 常数，而是前大后小，前大快速驱散，后小不过分截止。
结论：
三极管饱和条件：
IC
/
m
A
饱和区
5
4
IB2 80uA
3
放大区IB1 40uA
2
1
I B 0 截止区
0
2468
VCE /V
发射结正偏：VBE 0,VB VE 集电结正偏：VBC 0,VB VC
i b ≥ IBS
基极电位高于发射级、集电极电位。
2、三极管的三种工作状态
三极管饱和特点：
N 时也会使 t s 增加。要求驱动电流不
是常数，而是前大后小，前大加速建 立，后小不过分饱和。
电子浓度
深饱 5
ib 2
临饱 4
放大 3
2
正偏 1
1
当输入 三极管由饱和进入截止过程：
0
由于基区电子不能立即消失，T 仍然
饱和，其转变过程是：随正偏压的减小，
基区存储的电子逐渐减小。5→4区间中
电子积累从深饱和→浅饱和→临界饱和
VCC
VCL
i RC
C1 R1
RC i DCL iC
DCL
vo
iOI
R2
IBS
i C = i RC + i OI
-VBB
由饱和条件 i B ≥IBS 知：
IBS：增加使三极管饱和深度减少，有可能引起三极管退出饱和。
双极型晶体三极管的开关特性
NPN硅三极管截止的条件为vBE≤0.5V，可靠截止的条件为vBE≤0V。
2．2 双极型晶体三极管的开关特性
（2）三极管的放大状态
当输入电压vI≥0.7V时 ： A. vBE大于开启电压，B－E 间导通 B. vBE被钳在约0.7V，
C.三极管工作在Q2点附近,于Q1和Q3之间,三极管的 这种工作
区
Q1 iB=0
0 0.5 uBE(V)
0 UCES
VCC uCE(V)
工作原理电路
输入特性曲线
输出特性曲线 截止区
截止状态
+VCC
＋
Rb b c Rc
＋
ui=UIL<0.5V
uo=+VCC
－
e
－
饱和状态
+VCC
＋
Rb b c Rc ＋＋
＋
ui=UIHiB≥I0B.7SV －
－ e
uo=0.3V －0.3V －
IBS 0.094 mA
因为iB>IBS，三极管工作 在饱和状态。输出电压：
uo＝UCES＝0.3V
2．2 双极型晶体三极管的开关特性
NPN型硅三极管开关等效电路
三极管的截止状态 三极管的饱和状态 三极管作为开关使用时只需要：饱和状态和截止状态
输入信号为高电压时，应使三极管可靠地饱和； 输入信号为低电压时，应使三极管可靠地截止。
三极管具有饱和、放大和截止三种工作状态，在 数字电路中，静态主要工作于饱和和截止状态 。
NPN型硅三极三极管的截止状态和可靠截止的条件
当vI很小，如vI<0.5V时 ：A.vBE小于开启电压，B－E 间，C－E间都截
止 B. C.三极管工作在Q1点或Q1点以下位置，三极管的
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RD
+10V
iD D
D
uO
uI
G
D S
uO uI
G
uO
uI
B
G
S
RON S
开启电压
uI UTN
uO U OH VDD
uI UTN
uO UOL 0 V
UTN = 2 V
(2) P 沟道增强型 MOS 管
-VDD
20 k -10V
-VDD
20 k
RD
RD
-10V
-VDD
20 k
RD
-10V
iD
D
D
uO uI
G
D S
uO uI
G
uO
uI
B
G
S
S
开启电压
uI UTP
uO UOL VDD
uI UTP
uO UOL 0 V
UTP = 2 V
二、动态特性
3 0
uI / V
三极管饱和程度 t of f
t
-2
0.9ICS 0.1ICS 0 3 0.3 0
iC
t
uO / V
t on
t of f
t
2. 1. 4 MOS 管的开关特性 MOS（Mental – Oxide – Semiconductor） 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管 一、 静态特性 (电压控制型) 1. 结构和特性：
K
ID
反向 击穿区
U D/V
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) U D 0.7 V U D 0.5 V 2. 外加反向电压(反偏) 二极管截止(相当于开关断开) I D 0
二极管的开关作用： [例] 电路如图所示，
&#
电流关系 u CE 0
(4) 输出特性
iC f ( uCE ) iB
饱 3和 区
2
50 µ A
40µ A 放大区 30 µ A 20 µ A 10 µ A 截止区
2 4
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 k Rb i B iC 2 k
iB 0
iC 0
T
100
+ uo
uO VCC 12 V
-2V
uI
( 2) uI UI H 3 V
发射结正偏 T 导通
放大还 是饱和？
饱和导通条件：
VCC iB I BS Rc
Rc
+VCC +12V
2 k iC
uI uBE iB ( uBE 0.7 V) Rb
t off 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 --阳极
A
++ ++ + + N区 ++
D/mA
PN结 + UD -
K 反向 阴极 U (BR) 截止区
0
正向 导通区
0.5 0.7
iD /mA
4 3
uDS = 6V
(2) P 沟道 P 沟道增强型 MOS 管栅极 与 N 沟道有对偶关系。 G
漏极 D
参考方向
iD + B uDS 衬 开启电压 +u 底 GS UTP = - 2 V 源极 S UTP iD /mA
-1 -2 -3
截止区
iD /mA
0 -1
-10 -8 -6 -4 -2 - 3V - 4V
试判别二极管的工作 状态及输出电压。
+ -
uI
+
uO
-
[ 解]
uI U I L 2 V 二极管截止
uO = 0 V uO = 2.3 V
uI U I 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
3 0.7 mA 1 mA 2.3
+ 3V 2.3 k -2V
Rb i B
T
100
+
uo
uI
I CS VCC UCES VCC 12 I BS mA 0.06 mA Rc 100 2 Rc
因为 iB I BS 所以 T 饱和
uO U CES ≤ 0.3 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 ，I OFF 0
2. 闭合
RON 0， U AK 0
二、动态特性 1. 开通时间： （断开
A
S
K
闭合）
t on 0
断开）
2. 关断时间： （闭合
(1) N 沟道
漏极 D
4
iD + 3 开启电压 2 栅极 2 UTN = 2 V B uDS 4V 1 G 1 衬 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
uDS /V
-6 -4 -2 0
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： (1) N 沟道增强型 MOS 管
+VDD
20 k +10V
+VDD
20 k
RD
RD
+10V
+VDD
20 k
电容效应使二极管 的通断需要一段延 迟时间才能完成
uI
0
t
iD
0
t on t off ( t rr ) ≤ 5 ns
(反向恢复时间)
t
t on
t of f
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
集电极 collector N 基极 集电结 发射结
(2) 符号 iB b c iC e NPN
base
P N
发射极 emitter
(3) 输入特性
状态 iB / µ A 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= iB 集电结反偏 uCE 1V i C ＜ iB 两个结正偏 I CS= IBS uBE /V 两个结反偏 iB ≈ 0, iC ≈ 0