提高三極管的開關(guān)速度的幾種方法？

時間：2021-10-26 14:40:51

關(guān)鍵字：三極管開關(guān)速度

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一、前言：
三極管是我們最常用的電子元器件，提起三極管大家總能說出很多設(shè)計背后的故事，那么本文介紹其中一小片段，關(guān)于三極管快速開關(guān)的實現(xiàn)方法及其仿真實現(xiàn)。其實這部分內(nèi)容網(wǎng)上有很多介紹了，因為博主最近有用到這部分電路，因此做了一些簡單的整理。二、實現(xiàn)方式：其實現(xiàn)方式主要有以下幾種：1、使用加速電容實現(xiàn)；2、使用肖特基二極管鉗位實現(xiàn)。1、使用加速電容實現(xiàn)
何為加速電容？如下圖 1 給基極限流電阻R9并聯(lián)小容量電容的電路。當輸入信號上升、下降時能夠使R9電阻瞬間被小電容旁路掉，并提供低阻抗通路，所以在三極管由截止變?yōu)閷?dǎo)通或由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r能夠快速提供或泄放基極電流，消除開關(guān)關(guān)斷時間延遲，這個電容有加速開關(guān)的作用，因此叫作加速電容。

仿真電路基本結(jié)構(gòu)如下圖 2 所示，驅(qū)動源使用的是100kHz、3.3V的方波信號。圖 2 電路基本結(jié)構(gòu)上述圖 2 仿真結(jié)果如下圖 3 所示，放大后可以看出其上升時間大概在0.45us，如下圖 4 所示：
圖 3 仿真圖
圖 4 放大后效果圖
下圖 5 是加了加速電容后的電路及其仿真圖，放大時間軸后可以看到上升時間在0.2us左右，見下圖 6。圖 5 圖 6另：網(wǎng)上有個針對加速電容提高開關(guān)速度的原理的講解，可以參考：

加速導(dǎo)通過程：當輸入信號電壓從0V跳變到高電平時，由于加速電容兩端的電壓不能突變，加到三極管基極的電壓為一個尖頂脈沖，其電壓幅值最大。這一尖頂脈沖加到基極，使基極電流迅速從0增大到很大，這樣三極管迅速從截止狀態(tài)進入飽和狀態(tài)，加速了三極管的飽和導(dǎo)通，即縮短了三極管飽和導(dǎo)通時間（三極管從截止進入飽和所需要的時間）。

維持導(dǎo)通過程：在t0之后，對Cl的充電很快結(jié)束，這時輸入信號電壓Ui加到基極的電壓比較小，維持VT1的飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

加速截止過程：當輸入信號電壓從高電平突然跳變到0V時，即tl時刻，由于Cl上原先充到的電壓極性為左正右負，加到基極的電壓為負尖頂脈沖。由于加到基極的電壓為負，加快了三極管從基區(qū)抽出電荷的過程，三極管以更快的速度從飽和轉(zhuǎn)換到截止狀態(tài)，即縮短了三極管向截止轉(zhuǎn)換的時間。C通常取值幾十到幾百皮法。

2、使用肖特基二極管鉗位實現(xiàn)

在基-集間加二極管箝位，這種方法利用的是肖特基二極管正向壓降VF比硅管PN結(jié)小，這樣開通過程中，本該流過三極管的大部分基極電流被D1旁路掉了，這時流過三極管基極的電流非常小，所以這時三極管的導(dǎo)通狀態(tài)很接近截止狀態(tài)。可避免深飽和，給三極管節(jié)省了從飽和導(dǎo)通和退出的時間，使整個導(dǎo)通→截止的變化曲線平移提前了。即使不用二極管箝位，根據(jù)輸入電平適當計算兩個基極電阻的比值，也能避免三極管深飽和。仿真電路及結(jié)果如下圖 7、圖 8。

圖 7(來自網(wǎng)友仿真圖)

圖 8(來自網(wǎng)友仿真圖)

End