开关三极管工作原理是什么？如何提升三极管开关速度？

开关三极管将是下述内容的主要介绍对象，通过这篇文章，小编希望大家可以对它的相关情况以及信息有所认识和了解，详细内容如下。

一、三极管开关工作原理

1、截止状态

当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，即为三极管的截止状态。开关三极管处于截止状态的特征是发射结，集电结均处于反向偏置。

2、导通状态

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并且当基极的电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不再怎么变化，此时三极管失去电流放大作用，集电极和发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，即为三极管的导通状态。开关三极管处于饱和导通状态的特征是发射结，集电结均处于正向偏置。而处于放大状态的三极管的特征是发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。这也是可以使用电压表测试发射结，集电结的电压值判定三极管工作状况的原理。开关三极管正是基于三极管的开关特性来工作的。

3、工作模式

三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是表示电流的方向。

二、如何提高三极管开关速度？

开关时间决定三极管的开关速度，三极管有开启和关断过程，对应开启时间。

晶体管开关波形如图1。开启时间由延迟时间以及上升时间组成，关断时间又分为存储时间和下降时间 。

（1）延迟时间

延迟时间指的是对C和E极之间的电容充电的时间，增大晶体管的基极电流，从而加快基极电容充电速度。但是基极电流过大的话，会导致晶体管出现深度饱和情况，反而让存储时间增长，导致关断时间变大，所以基极电流需要适当选取。

（2）上升时间

三极管达到临界饱和所需要的时间被称为上升导通时间。增大基极输入电流，使得集电极电流达到饱和。同样，基极电流也不能太大，否则将会使得存储时间延长，导致关断时间变大。

（3）存储时间

三极管从饱和状态（集电极正偏）到临界饱和状态（集电极0偏）所需要的时间称作为存储时间，缩短存储时间通过增大基区抽取电流，加快过量存储电荷的泄放速度。

（4）下降时间

临界饱和到基极电压为0时候的时间称作为下降时间。

图1 晶体管开关过程波形

总之，为了减小三极管的开关时间、提高开关速度，在三极管的使用上可以作如下考虑：

a）增大基极电流，减短延迟时间，但过大的基极电流会导致存储时间增加

b）增大基极电流，可减短存储时间和下降时间

c）加速电容

在基极限流电阻并联小容量的电容（一般pF级别），当输入信号上升、下降时能够使限流电阻瞬间被旁路并提供基极电流，所以在晶体管由导通状态变化到截止状态时能够迅速从基极抽取电子（因为电子被旁路），消除开关时间的滞后，这个电容的作用是提高开关速度，因此称为加速电容。如下图：

图2 并联加速电容

d）肖特基钳位

利用肖特基箝位也可以加快晶体管开关速度。

如下，肖特基势垒二极管箝位在b极到c极之间，二极管开关速度快，正向压降比PN结小。本该流过三极管的大部分基极电流被D1旁路掉，而流过三极管的电流非常小，这时三极管的导通状态接近截止状态，节省了三极管饱和导通与退出的时间。

图3 肖特基箝位BC极间

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