晶体管的开关特性与击穿电压半导体器件物理教学课件PPT.ppt
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1、半导体器件物理,晶体管的开关特性 晶体管的击穿特性,3.10、3.11、3.12,一 开关波形和开关时间的定义,1理想晶体管的开关波形,晶体管开关电路,理想晶体管的输入和输出脉冲波形,当输入端为脉冲波形时,在理想的情况下,输出波形和输入波形完全相仿,只是被放大和倒相。,饱和压降,2实际晶体管的开关波形与开关时间,输入电压波形,基极电流波形,集电极电流波形,输出电压波形, 延迟时间, 上升时间, 贮存时间, 下降时间,0.1 ICS,0.9 ICS,晶体管的开关时间:,1、开启时间,2、关闭时间,0.9 ICS,开启时间和关闭时间大致在几纳秒到几十微秒范围内。,1、当输入负脉冲的持续时间及其周期
2、比开关时间大得多时,晶体管能很好地起开关作用,开关时间对脉冲波形的影响,2、当输入负脉冲(关断晶体管)的持续时间及其周期和开关时间相近,甚至比开关时间更小时,那么在晶体管关断过程中(下降过程),输出电压尚未上升到高电平(晶体管还没有彻底关断)时,第二个高电平脉冲就来了晶体管又开始导通了,晶体管就失去了开关作用。,由于晶体管的开关速度的限制,输入脉冲的宽度不能太窄,频率不能太高。,二 开关过程和影响开关时间的因素,1延迟过程和延迟时间 td,发射结保持负偏压或零偏压的状态,发射结的偏压变正,有电子入注入到基区,发射结正向电压上升到0.5V,正向电流很小,集电极电流接近1/10ICS,开启之前,处
3、于截止态,发射结和集电结反偏。,这一段时间就是延迟时间 td,2上升过程和上升时间 tr,发射结偏压继续上升,从0.5V变到0.7V左右,注入到基区的电子增多,电子的浓度梯度增大,集电极电流增大 0.9 ICS,集电结的负偏压逐渐减小,一直减小到零偏压附近。,当 IC = ICS 晶体管进入临界饱和区,上升过程,基极电流作用: 增加基区电荷积累,增大基区少子分布梯度使集电极电流上升; 继续对发射结集电结势垒电容充电,使结的压降继续上升结压降上升又使基区电荷积累增加,如此循环使集电极电流不断增加; 补充基区中因复合而损失的空穴。,浓度梯度不再变化,3贮存电荷和贮存时间 ts,处于过驱动状态,基极
4、驱动电流很大,超量存储电荷空穴 Qb,保持电中性,基区中也要有等量的电子电荷积累Qb,集电结处于正偏,集电区将向基区注入电子,真正进入了饱和区,达到稳定状态,集电结正偏,集电结零偏,超量存储电荷,空穴积累,进入深饱和区,基区注入空穴与复合减少的空穴相等时,基区积累电荷不再变化,超量存储电荷,基区也将向集电区注入空穴,基极电压突然变负,在基极产生了抽取电流,抽取贮存电荷Qb Qc的作用,(全部抽走以前,基区中的电子浓度梯度不会减小),贮存电荷被全部抽走贮存时间,(还应加上从 ICS 下降到0.9 ICS 所需的时间,才是贮存时间),4下降过程和下降时间 tf,基区中还存在积累电荷 Qb,IB 继
5、续从基区中抽取空穴,并且基区中积累的电子和空穴不断地复合,电子和空穴的浓度梯度减小,集电极电流就从 ICS 开始下降至 0.1 ICS,电子浓度变化趋势,积累电荷消失,电子和空穴复合对上升和下降过程的作用不同。,?,二 晶体管的反向击穿电压,1 集电极基极反向击穿电压(发射极开路):BVCBO,当反向电流得到规定的反向电流时所对应的电压即为BVCBO。软击穿时BVCBO比雪崩击穿电压VB低;硬击穿特性情况, BVCBO由VB决定。,软击穿,硬击穿,(共基极连接)即:集电极基极之间容许的最高反向偏压,BVCBO,VB,VCB,对于共基极电路,其雪崩倍增因子为:,在BVCB0处,IC突然增加,集电
6、极电流与发射极电流的关系为:,1、软击穿(电压击穿)是可恢复的击穿,硬击穿(电流击穿)是不可恢复的击穿。无论是软击穿还是硬击穿都是在瞬间形成的,一般很难测量,击穿的过程是先软击穿再硬击穿,在软击穿(电压击穿)的一瞬间反向电阻值减小,在高反压情况下电流会急剧增加导致硬性击穿(电流击穿),它是个连锁反应。所以我们一般看到的击穿一般都是硬性击穿。 2、测量方法是用高电压大内阻的电源测量,当管子处于软击穿状态下由于电源内阻大所以输出的电流很小,这样就不能导致电流击穿。这是管子两端的电压就是软击穿电压,用两端电压除以电流值就能得到软击穿电阻值。 3、软击穿比硬击穿带来的危害更大,产生较大漏流。造成器件的
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