實驗一?? 晶體管開關特性、限幅器與鉗位器

一、實驗目的
1．觀察晶二極管、三極管的開關特性，熟知外電路參數(shù)變化對晶體管開關特性的影響。
2．掌握限幅器和鉗位器的基本工作原理

二、實驗原理
1．晶體二極管的開關特性
由于晶體二極管具有單向?qū)щ娦裕势溟_關特性表現(xiàn)在正向?qū)ㄅc反向截止這兩種不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程。
如圖1-1電路輸入端，施加一方波激勵信號v1，由于二極管結(jié)電容的存在，因而有充電、放電和存貯電荷的建立與消散的過程。因此當加在二極管上的電壓突然由正向偏置（+v1）變?yōu)榉聪蚱茫ǎ璿2）時，二極管并不立即截止，而是出現(xiàn)一個較大的反向電流－ ，并維持一段時間tS（稱為存貯時間）后電流才開始減小，再經(jīng)tf（稱為下降時間）后，反向電流才等于靜態(tài)特性上的反向電流Io，將trr=ts+tf叫做反向恢復時間。
trr與二極管的結(jié)構(gòu)有關，PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，存貯電荷就少，ts就短。同時也與正向?qū)娏骱头聪螂娏饔嘘P。
當管子選定后，減小正向?qū)娏骱驮龃蠓聪蝌?qū)動電流，可加速電路的轉(zhuǎn)換過程。
2．晶體三極管的開關特性
晶體三極管的開關特性是指它從載止到飽和導通，或從飽和導通到截止的轉(zhuǎn)換過程，而且這種轉(zhuǎn)換都需要一定的時間才能完成。
如圖1-2所示的電路，施加一個足夠幅度（在－v2和+v1之間變化）的矩形脈沖電壓v1激勵信號，就能使晶體管從截止狀態(tài)進入飽和導通，再從飽和進入截止?？梢娋w管T的集電極電流ic和輸出電壓vo的波形已不是一個理想的矩形波，其起始部分和平頂部分都延遲了一段時間，其上升沿和下降沿都變得緩慢了，如圖1-2所示。圖中的td為延遲時間，tr為上升時間，ts為存貯時間，tf為下降時間，通常稱ton=td+tr為三極管開關的“接通時間”，toff=ts+tf為三極管開關的“斷開時間”。形成上述開關特性的主要原因乃是晶體管結(jié)電容之故。
改善晶體管開關特性的方法是采用加速電容Cb和在晶體管的集電極加二極管D箝位，如圖1-3所示。
Cb是一個近百PF的小電容，當v1正躍變期間，由于Cb的存在，Rb1相當于被短路，v1幾乎全部加到基極上，使T迅速進入飽和，td和tr大大縮短。當v1負躍變時，Rb1再次被短路，使T迅速截止，也大大縮短了ts和tf，可見Cb僅在瞬態(tài)過程中才起作用，穩(wěn)態(tài)時相當于開路，對電路沒有影響。Cb既加速了晶體管的接通過程又加速了斷開過程，故稱之為加速電容，這是一種經(jīng)濟有效的方法，在脈沖電路中得到廣泛應用。
箝位二極管D的作用是：當管子T由飽和進入截止時，隨著電源對分布電容和負載電圖1-1?? 晶體二極管的開關特性?????????????? 圖1-2?? 晶體三極管的開關特性
容的充電，vo逐漸上升。因為Vcc＞E，當vo超過E后，二極管D導通，使vo的最高值被箝位在E，從而縮短vo波形的上升邊沿，而且上升邊的起始部分又比較陡，所以大大縮短了輸出波形的上升時間tr。
3．利用二極管與三極管的非線性特性，可構(gòu)成限幅器和箝位器。它們均是一種波形變換電路，在實際中均有廣泛的應用。二極管限幅器是利用二極管導通時和截止時呈現(xiàn)的阻抗不同來實現(xiàn)限幅，其限幅電平由外接偏壓決定，三極管則利用其截止和飽和特性實現(xiàn)限幅。箝位的目的是將脈沖波形的頂部或底部箝制在一定的電平上。