第一节 半导体器件的开关特性

N沟道增强型MOS管
二、MOS管的符号和特性
1.MOS管的符号 如右图所示 2.MOS管的特性（N型） 开启电压UT 当uGS＜ UT时 无N型沟道，截止 漏极和源极隔离 当uGS＞ UT时 导通，电阻很小 漏极和源极闭合 3.开关时间 大（慢）于二极管和 三极管
N沟道MOS管
P沟道MOS管
IB5
C
IBS=IB4 IB3
IB2
IB1 O iB=0 VCES VCC
A
vCE
三、三极管的开关时间 对集电极电流iC变化的描述 延迟时间td 上升时间tr 存储时间ts 下降时间tf 开通时间ton＝td＋tr 关断时间toff=ts+tf toff＞ton toff与三极管的饱和深度有关 提高开关速度：限制饱和深度
+12V D1 D2
+12V +3V R1 D
A B
R2
F
二极管与门
三极管非门
分立元件门电路的缺点：1. 体积大、工作不可
靠。 2. 需要不同电源。 3. 各种门的输入、输出 电平不匹配。
3.1.3
MOS管的开关特性
一、MOS管的结构及原理 P型衬底 源极S 漏极D 栅极G N型导电沟道(电子)
三极管的开关特性( 硅三极管 )
三极管的三种工作状态（NPN，PNP） 截止、放大、饱和。 数字电路中，三极管工作在截止区 和饱和区，放大区为三极管的截止 状态和饱和状态之间的过渡状态， 瞬间即逝。 一、三极管截止的条件和特点 条件：UBE小于0.5V 特点：三极都无电流 输出电压u0=Vcc 集电极和发射极如同断开的开关 等效电路如右图
二、三极管饱和的条件和特点 条件：iB＞iBS＝ICS / β iBS：基极饱和电流 ICS：集电极饱和电流 特点：iC不再随iB成比例增加 uBE≈0.7V, uCE=uCES≤0.3V uCES：饱和压降 集电极和发射极如同闭 iC VCC /Rc 合的开关 ICS 其等效电路图如右
IBS=VCC/Rc ICS= VCC/Rc CE＝ VCES VCES≈0.2V
二极管与门、或门？
二极管的开关时间
D
＋ i
vi
vi VF
延迟时间
RL
－
-VR i
IF
t1 td
0.1IR
t2
tr
t
上升时间
-I R
反向恢复时间：二极管从 导通转为截止所需的时间 tre= ts+tf 存储时间
t
ts tf
下降时间
t1 时刻：vi ＝ －VR
电路中电流 i = ?
P区
势垒区
N区
P区：空穴为多数载流子
+ -
ຫໍສະໝຸດ Baidu
N区：电子为多数载流子 电荷存储效应 • 用载流子浓度梯度解释：正向 电流愈大，电荷的浓度分布梯度 愈大，转换为截止时的浓度分布 梯度所需的时间也愈长。
P 区的电子 浓度分布 N 区的空穴 浓度分布
• 用电容的概念理解：正偏时扩
散电容较大，存储的电荷较多， 电荷消散所需的时间也较长。
3.1.2
简化电路为
二、当正向电压小于0.5~0.7V时， 电流为零(截止)。 二极管截止时， 认为它是一个断开的开关。 其电路图
等效电路图
三、二极管的开关时间 可达100万次 / 秒。 开关时间：二极管由截止到正向导通和由正向导通到截止 所需的时间。 1.反向恢复时间 二极管从正向导通转换为截止所需的时间，用tre表示 相对较长(与正向电流有关)，是影响二极管动态特性的主 要参数。 2.开通时间 二极管从截止转换为正向导通所需的时间，与二极管的反 向恢复时间相比，可忽略不计。
第一节
半导体器件的开关特性
门电路：最基本的 逻辑单元电路。主要由半导体器件组成。 3.1.1 二极管的开关特性 一、当正向电压大于0.5~0.7V时，通过二极管的电流激增(导通)。
二极管电路
二极管的伏安特性
硅二极管导通时， 认为它是一个具有 0.7V压降的闭合开关。 其等效电路 导通电阻很小，可忽略。