1、2.1.1 理想开关的开关特性理想开关的开关特性一、一、静态特性静态特性 断开断开 0 OFFOFF IR，闭合闭合 0 0AKON UR，SAK2.1 半导体二极管半导体二极管、三极管、三极管和和 MOS 管的开关特性管的开关特性 2.1.1 理想开关的开关特性理想开关的开关特性SAK2.1 半导体二极管半导体二极管、三极管、三极管和和 MOS 管的开关特性管的开关特性 二、动态特性二、动态特性 开通时间：开通时间：0on t 关断时间：关断时间：0off t闭合）闭合）（断开（断开断开）断开）（闭合（闭合普通开关：普通开关：静态特性好，动态特性差静态特性好，动态特性差半导体开关：半导体开关
2、：静态特性较差，动态特性好静态特性较差，动态特性好几百万几百万/秒秒几千万几千万/秒秒2.1.2 半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性一、静态特性一、静态特性 外加正向电压外加正向电压(正偏正偏)二极管导通二极管导通(相当于开关闭合相当于开关闭合)V7.0D U 外加反向电压外加反向电压(反偏反偏)V5.0 DU二极管截止二极管截止(相当于开关断开相当于开关断开)0D I硅二极管伏安特性硅二极管伏安特性阴极阴极A阳极阳极KPN结结-AK+DUDIP区区N区区+-正向正向导通区导通区反向反向截止区截止区反向反向击穿区击穿区0.5 0.7/mADIDU/V0(BR)U1.结构示意图、符号和
3、伏安特性结构示意图、符号和伏安特性D+-Iu+-Ou2.二极管的开关作用：二极管的开关作用：例例 V2L II UuuO=0 VV3H II UuuO=2.3 V电路如图所示，电路如图所示，V3 V 2I或或 u试判别二极管的工作试判别二极管的工作状态及输出电压。状态及输出电压。二极管截止二极管截止二极管导通二极管导通 解解 D0.7 V+-二、动态特性二、动态特性1.二极管的电容效应二极管的电容效应结电容结电容 C j扩散电容扩散电容 C D2.二极管的开关时间二极管的开关时间ontofft电容效应使二极管电容效应使二极管的通断需要的通断需要一段延一段延迟时间才能完成迟时间才能完成tIuDi
4、t00(反向恢复时间反向恢复时间)ns 5)(rroffontttton 开通时间开通时间toff 关断时间关断时间一、静态特性一、静态特性NPN2.1.3 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性发射结发射结集电结集电结发射极发射极emitter基极基极base集电极集电极collectorbiBiCec(电流控制型电流控制型)1.结构、符号和输入、输出特性结构、符号和输入、输出特性NNP(Transistor)(1)结构示意图和符号结构示意图和符号(2)输入特性输入特性CE)(BEBuufi (3)输出特性输出特性B)(CECiufi iC/mAuCE /V50 A40A30 A20
5、A10 AiB=00 2 4 6 8 4321放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区0CE uV1CE u0uBE /ViB/A发射结正偏发射结正偏 条条 件件电流关系电流关系状态状态放大放大i C=iB集电结反偏集电结反偏饱和饱和 i C iB两个结正偏两个结正偏I CS=IBS临界临界截止截止iB 0,iC 0两个结反偏两个结反偏2.半导体三极管的开关应用半导体三极管的开关应用 V2 )1(L II Uu V3 )2(H II Uu发射结反偏发射结反偏 T 截止截止0 0CB ii V12CCO Vu发射结正偏发射结正偏 T 导通导通+RcRb+VCC (12V)+uo iBiCTuI3V-
6、2V2 k 100 2.3 k 放大还放大还是饱和？是饱和？bBEIBRuui cCESCCCSBSRUVIIBSB Ii 饱饱和和 T饱和导通条件：饱和导通条件：cCCBSB RVIi +RcRb+VCC +12V+uo iBiCTuI3V-2V2 k 100 2.3 k mA 1mA3.27.03 mA 06.0mA210012 cCC RV V)7.0(BE uV 3.0CESOUu 因为因为所以所以二、动态特性二、动态特性ontofft3-2tV/Iu00.9ICS0.1ICSCit0V/Ou off t三极管饱和程度三极管饱和程度30.3t02.1.4 MOS 管的开关特性管的开关特
7、性(电压控制型电压控制型)MOS（Mental Oxide Semiconductor）金属金属 氧化物氧化物 半导体半导体场效应管场效应管一、一、静态特性静态特性1.结构和特性结构和特性：(1)N 沟道沟道 栅极栅极 G漏极漏极 DB 源极源极 S3V4V5VuGS=6ViD/mA42643210uGS/ViD/mA43210246810uDS/V可可变变电电阻阻区区恒流区恒流区UTNiD开启电压开启电压UTN=2 V+-uGS+-uDS衬衬底底漏极特性漏极特性转移特性转移特性uDS=6V截止区截止区P 沟道增强型沟道增强型 MOS 管管与与 N 沟道有对偶关系。沟道有对偶关系。(2)P 沟
8、道沟道 栅极栅极 G漏极漏极 DB 源极源极 SiD+-uGS+-uDS衬衬底底iD/mAiD/mA-2-40-1-2-3-40-10-8-6-4-2-3V-4V-5VuGS=-6V-1-2-3-4-6uGS/VuDS/V可可变变电电阻阻区区恒流区恒流区 漏极特性漏极特性 转移特性转移特性截止区截止区UTPuDS=-6V开启电压开启电压UTP=-2 V参考方向参考方向2.MOS管的开关作用：管的开关作用：TNIUu DDOHOVUu V0OLO Uu(1)N 沟道增强型沟道增强型 MOS 管管+VDD+10VRD20 k BGDSuIuO+VDD+10VRD20 k GDSuIuOTNIUu
9、开启电压开启电压UTN=2 ViD+VDD+10VRD20 k GDSuIuORONRDTPIUu DDOLO VUu V0OLO Uu(2)P 沟道增强型沟道增强型 MOS 管管-VDD-10VRD20 k BGDSuIuO-VDD-10VRD20 k GDSuIuO-VDD-10VRD20 k GDSuIuOTPIUu 开启电压开启电压UTP=2 ViD二、动态特性二、动态特性1.MOS 管极间电容管极间电容栅源电容栅源电容 C GS栅漏电容栅漏电容 C GD 在数字电路中，这些电容的充、放电在数字电路中，这些电容的充、放电过程会制约过程会制约 MOS 管的动态特性，即开关管的动态特性，即开关速度。速度。漏源电容漏源电容 C DS1 3 pF 0.1 1 pF ontofftVDDtIu00.9ID0.1IDDit0OuVDDt02.开关时间开关时间开通时间开通时间关断时间关断时间
