当V1=+VB2时,调节RB,使IB=VCC / RC,则BJT工作在上图中的C点 ,集电极电流iC已接近于最大值VCC / RC,由于iC受到RC的限制,它已不可能像放大区那样随着iB的增加而成比例地增加了 ,此时集电极电流达到饱和,对应的基极电流称为基极临界饱和电流IBS(
)
,而集电极电流称为集电极饱和电流ICS(VCC / RC)。此后,如果再增加基极电流,则饱和程度加深,但集电极电流基本上保持在ICS不再增加,集电极电压VCE=VCC-ICSRC=VCES=2.0-0.3V。这个电压称为BJT的饱和压降,它也基本上不随iB增加而改变。由于VCES很小,集电极回路中的c、e极之间近似于短路,相当于开关闭合一样。 BJT的这种工作状态称为饱和。
由于BJT饱和后管压降均为0.3V,而发射结偏压为0.7V,因此饱和后集电结为正向偏置,即BJT饱和时集电结和发射结均处于正向偏置,这是判断BJT工作在饱和状态的重要依据。下图示出了NPN型BJT饱和时各电极电压的典型数据。
由此可见BJT相当于一个由基极电流所控制的无触点开关。
BJT截止时相当于开关“断开”,而饱和时相当于开关“闭合”。 NPN型BJT截止、放大、饱和三种工作状态的特点列于下表中。
二、BJT的开关时间
BJT的开关过程和二极管一样,也是内部电荷“建立”和“消散”的过程。因此BJT饱和与截止两种状态的相互转换也是需要一定的时间才能完成的。
如上图所示电路的输入端加入一个幅度在-VB1和+VB2之间变化的理想方波,则输出电流Ic的波形如下图。
可见Ic的波形已不是和输入波形一样的理想方波,上升和下降沿都变得缓慢了。 为了对BJT开关的瞬态过程进行定量描述,通常引人以下几个参数来表征:
以上4个参数称为BJT的开关时间参数。
通常把ton=td+tr称为开通时间,它反映了BJT从截止到饱和所需的时间; 把 t0ff= ts+tf称为关闭时间,它反映了BJT从饱和到截止所需的时间。
开通时间和关闭时间总称为BJT的开关时间,它随管子类型不同而有很大差别,一般在几十至几百纳秒的范围,可以从器件手册中查到 。
BJT的开关时间限制了BJT开关运用的速度。开关时间越短,开关速度越高。因此,要设法减小开关时间。
开通时间ton是建立基区电荷的时间,关闭时间toff是存储电荷消散的时间。 第三节 基本逻辑门电路
基本逻辑运算有与、或、非运算,对应的基本逻辑门有与、或、非门。本节介绍简单的二极管门电路和BJT反相器(非门),作为逻辑门电路的基础。
用电子电路来实现逻辑运算时,它的输入、输出量均为电压(以V为单位)或电平(用1或0表示)。
通常将门电路的输入量作为条件,输出量作为结果。 一、二极管与门及或门电路 1.与门电路
当门电路的输入与输出量之间能满足与逻辑关系时,则称这样的门电路为与门电路。 下图表示由半导体二极管组成的与门电路,右边为它的代表符号 。
图中A、B、C为输入端,L为输出端。输入信号为+5V或0V。
下面分析当电路的输入信号不同时的情况:
(1)若输入端中有任意一个为0时,例如VA=0V,而VA=VB=+5V时
,D1导通,从而导致L点的电压VL被钳制在0V。此时不管D2、D3的状态如何都会有VL≈0V(事实上D2、D3受反向电压作用而截止)。
由此可见,与门几个输入端中,只有加低电压输入的二极管才导通,并把L钳制在低电压(接近0V) ,而加高电压输入的二极管都截止。
(2)输入端A、B、C都处于高电压+5V ,这时,D1、D2、D3都截止,所以输出端L点电压VL=+VCC,即VL=+5V。
如果考虑输入端的各种取值情况,可以得到下表
输入(V) VA 0 0 0 0 +5 +5 +5 +5 输出(V) VC 0 +5 0 +5 0 +5 0 +5 VL 0 0 0 0 0 0 0 +5 VB 0 0 +5 +5 0 0 +5 +5 将表中的+5V用1代替,则可得到真值表:
A 0 0 0 0 B 0 0 1 1 C 0 1 0 1 L 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 由表中可见该门电路满足与逻辑关系,所以这是一种与门。输入变量A、B、C与输出变量L只间的关系满足逻辑表达式2.或门电路
。
对上图所示电路可做如下分析:
(1)输入端A、B、C都为0V时,D1、D2、D3两端的电压值均为0V ,因此都处于截止状态,从而VL=0V;
(2)若A、B、C中有任意一个为+5V,则D1、D2、D3中有一个必定导通。我们注意到电路中L点与接地点之间有一个电阻,正是该电阻的分压作用,使得VL处于接近+5V的高电压(扣除掉二极管的导通电压)
,D2、D3受反向电压作用而截止,这时 VL≈+5V。 用真值表将所有情况罗列如下:
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 L 0 1 1 1 1 1 1 1 由表中可见A、B、C与L之间满足或逻辑关系,即有:二、非门电路——BJT反相器
。