004 双极晶体管（2a1） 频率特性及开关特性.ppt

3、集成双极晶体管的无源寄生效应 3.1 集成NPN管中的寄生电阻 1、发射极串联电阻 出现以上现象的原因？ ①划分隔离区 ②基本设计条件 ③各单元的图形 ④布局 ⑤布线 1、单管禁止门 2、单管串接与非门 3、单管禁止门 4、单管串接与非门 ⑥布局 ⑦布线 5、单管禁止门 6、单管串接与非门 库 完美之库1023 MT2 MT1 G 4.3 开关时间的计算 1） 延迟时间td=td1+td2 td1 基极输入正脉冲 管子刚刚要开始导通 td2 IC由0 0.1ICS ① 求td1 此时，电荷控制方程为： 即 而 所以有 积分可得 电容公式 将电容公式带入并求出积分可得延迟时间 可见减小td1: a、减小结面积，以减小结电容； b、减小 c、增大IB1 2）求td2:在求上升时间时一起求 下页下降过程 存储过程中，基极电流的作用是什么？ 3.4.4 下降过程 下降过程的定义? 下降过程中器件发生的变化？ 下降过程中IB2的作用? 4、双极晶体管的开关时间 4.1 开关时间的定义 4.2 电荷控制模型 4.3 开关时间的计算 4.4 提高开关速度的措施 4.5 开关管的应用举例 4.1 开关时间的定义 t2-t1上升时间tr 以VB和IC的变化来确定 t1-t0延迟时间td t4-t3存储时间ts 开启时间 t5-t4下降时间tf 关闭时间 开关时间 ton= td+tr toff=ts+tf t=ton+toff 4.2 电荷控制模型 开关管工作时在饱和区和截止区间跳变，此时管子表现出高度的非线性，不能再用线性微分方程来分析，否则分析过程将变得非常复杂。 但是我们可以将晶体管看成是一个电荷控制器件，以各中性区非平衡载流子为变量，找到某区电荷同相应电流之间的关系式，即电荷控制方程。 然后利用电荷控制方程求解各个开关时间。 电荷控制法的基础仍然是少数载流子连续性方程。 求解基区少子的电荷控制方程： 已知NPN基区电子连续性方程为 在整个基区积分可得 将体积分变成面积分 是注入基区的净的电子电流 而按照电中性要求，流入基区的净电子电流应该等于注入基区的净的空穴电流，即等于瞬态基极电流 ib ，即 所以我们可以得到 即 这就是电荷控制法的基本方程。 此方程表明瞬态基极电流主要有两个作用： 1）增加基区电荷积累； 2）补充基区非平衡少子复合所需空穴。 实际上基极瞬态电流还有对势垒电容充放电。 考虑了基极瞬态电流还有对势垒电容充放电时，便有以下表达式 在稳态时，电荷与时间无关，则 此式表明，稳态下基极电流等于基区少子的复合电流，这表明基区电荷总量与时间有关，为此可定义一个基极时间常数，将稳态下储存在基区的少子电荷与相应的基极电流联系起来，即 同理有 这里 都是电荷控制参数。 集电极时间常数 发射极时间常数 基 极时间常数 即是基区少子寿命 ②发射极时间常数 是基区渡越时间 ③集电极时间常数 在应用电荷控制方程计算开关时间时，可采用准静态近似的方法，即把任一瞬间的结压降或电流近似假定为相应时刻的稳定值，直流稳态下电流和电荷之间的关系在瞬态时仍成立，相应的时间常数可以直接用。 就是认为，任一时刻各中性区载流子分布的变化都与结压降的变化同步。这在脉冲响应时间比载流子再分布所需的时间更长的时候是成立的。 下面我们按照这个思路去求解各个开关过程所需的时间。 4.3 开关时间的计算 1） 延迟时间td=td1+td2 td1 基极输入正脉冲 管子刚刚要开始导通 td2 IC由0 0.1ICS ① 求td1 所以减小td1的主要措施应该有？ ②求td2:在求上升时间时一起求 2） 上升时间 由上升过程中基极电流的作用可以得到上升过程中的电荷控制方程为 变形可得 因为上升过程是以IC变化为起止标记的，所以需将上式变成以IC为变量的关系式 ① dVEB=rEdIE,近似等于rEdIC,所以第一项可写为： ① ② ③ ④ ② CB结上压降的变化是由于IC在负载RL上的压降变化引起的，二者大小相等，方向相dVCB=RLdIC