晶體三極管是控制電流的半導(dǎo)體器件，工作原理是通過(guò)在三極管的兩端施加合適電壓來(lái)控制三極管另一端的電流，主要作用是用于開(kāi)關(guān)、放大等。

01

三極管的分類和工作特性

晶體三極管可以分為NPN和PNP管，NPN晶體管的電路符可以表示為圖一，b管腳對(duì)應(yīng)基極，c管腳對(duì)應(yīng)集電極，e管腳對(duì)應(yīng)發(fā)射極。

圖一 NPN

圖二 PNP

三極管可以管子在截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。

1.三極管工作在截止區(qū)

NPN：當(dāng)給定VGS的電壓小于所用管子VGSth時(shí)，PNP：當(dāng)給定VGS的電壓大于所用管子VGSth時(shí)，管子截止。

2.三極管工作在放大狀態(tài)

在該狀態(tài)下，IC受到IB的控制。

3.三極管工作在飽和狀態(tài)

IC不隨IB增大而引起變化，UCE之間的壓差約0.2V左右。

圖三 特性曲線

三極管典型開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)

圖四 典型開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)

該電路輸出與輸入相反電平，輸入高電平，三極管導(dǎo)通，輸出低電平；當(dāng)輸入低電平時(shí)，輸出為高電平。R2的作用是在沒(méi)有輸入的情況下，保證基極電壓處于低電平，保證三極管處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免造成風(fēng)險(xiǎn)，R1和RL起限流作用，避免管子燒壞。

02

如何提高三極管開(kāi)關(guān)速度？

開(kāi)關(guān)時(shí)間決定三極管的開(kāi)關(guān)速度，三極管有開(kāi)啟和關(guān)斷過(guò)程，對(duì)應(yīng)開(kāi)啟時(shí)間。

晶體管開(kāi)關(guān)波形如圖五。開(kāi)啟時(shí)間由延遲時(shí)間以及上升時(shí)間組成，關(guān)斷時(shí)間又分為存儲(chǔ)時(shí)間和下降時(shí)間 。

（1）延遲時(shí)間

延遲時(shí)間指的是對(duì)C和E極之間的電容充電的時(shí)間，增大晶體管的基極電流，從而加快基極電容充電速度。但是基極電流過(guò)大的話，會(huì)導(dǎo)致晶體管出現(xiàn)深度飽和情況，反而讓存儲(chǔ)時(shí)間增長(zhǎng)，導(dǎo)致關(guān)斷時(shí)間變大，所以基極電流需要適當(dāng)選取。

（2）上升時(shí)間

三極管達(dá)到臨界飽和所需要的時(shí)間被稱為上升導(dǎo)通時(shí)間。增大基極輸入電流，使得集電極電流達(dá)到飽和。同樣，基極電流也不能太大，否則將會(huì)使得存儲(chǔ)時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致關(guān)斷時(shí)間變大。

（3）存儲(chǔ)時(shí)間

三極管從飽和狀態(tài)（集電極正偏）到臨界飽和狀態(tài)（集電極0偏）所需要的時(shí)間稱作為存儲(chǔ)時(shí)間，縮短存儲(chǔ)時(shí)間通過(guò)增大基區(qū)抽取電流，加快過(guò)量存儲(chǔ)電荷的泄放速度。

（4）下降時(shí)間

臨界飽和到基極電壓為0時(shí)候的時(shí)間稱作為下降時(shí)間。

圖五 晶體管開(kāi)關(guān)過(guò)程波形

總之，為了減小三極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間、提高開(kāi)關(guān)速度，在三極管的使用上可以作如下考慮：

a）增大基極電流，減短延遲時(shí)間，但過(guò)大的基極電流會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)時(shí)間增加

b）增大基極電流，可減短存儲(chǔ)時(shí)間和下降時(shí)間

c）加速電容

在基極限流電阻并聯(lián)小容量的電容（一般pF級(jí)別），當(dāng)輸入信號(hào)上升、下降時(shí)能夠使限流電阻瞬間被旁路并提供基極電流，所以在晶體管由導(dǎo)通狀態(tài)變化到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)能夠迅速?gòu)幕鶚O抽取電子（因?yàn)殡娮颖慌月罚_(kāi)關(guān)時(shí)間的滯后，這個(gè)電容的作用是提高開(kāi)關(guān)速度，因此稱為加速電容。如下圖：

圖六 并聯(lián)加速電容

d）肖特基鉗位

利用肖特基箝位也可以加快晶體管開(kāi)關(guān)速度。

如下，肖特基勢(shì)壘二極管箝位在b極到c極之間，二極管開(kāi)關(guān)速度快，正向壓降比PN結(jié)小。本該流過(guò)三極管的大部分基極電流被D1旁路掉，而流過(guò)三極管的電流非常小，這時(shí)三極管的導(dǎo)通狀態(tài)接近截止?fàn)顟B(tài)，節(jié)省了三極管飽和導(dǎo)通與退出的時(shí)間。

圖七 肖特基箝位BC極間