三极管的工作原理是什么？如何提高三极管的开关速度？

一直以来，三极管都是大家的关注焦点之一。因此针对大家的兴趣点所在，小编将为大家带来三极管的相关介绍，详细内容请看下文。

一、三极管工作原理

三极管有三个工作区域，分别为 截止区(cut-offregion) 、 放大区(acitveregion) 、 饱和区(saturationregion) 。下面我们结合下图对各个区域的工作状态进行分析。

(1) 截止区： 当基极与发射极之间的电压Vbe小于PN结开启电压时，发射结处于截止状态，电子不能从发射区进入到基区。

此时无论集电极施加什么电压，由于基区和集电区的多子浓度很低，所以电子与空穴复合形成的电流很小，可以忽略不计。我们认为此时的三极管工作在截止区，即集电极和发射极之间为断开状态。

(2) 饱和区： 当基极与发射极之间的电压Vbe大于PN结开启电压时，发射结处于开启状态。此时由于Vbe大于发射结多子扩散复合时产生的势垒电压，而且发射区电子浓度很高，所以会有大量的电子通过发射结进入到基区。

进入到基区的电子与数量很少的空穴复合形成基极电流Ib。如果集电极电压为0，即集电结正偏电压为0.7V，此时从发射区过来的自由电子被集电结正偏电压0.7V建立起来的势垒完全阻挡。只有集电极的电子由于电场的吸引穿过集电结，但由于集电极的掺杂浓度低，所以电流几乎为零。在集电极电压慢慢增加但是集电结电压仍然处于正偏状态(即Vbe>Vce)，由于集电结势垒的降低，基区的电子开始进入集电区形成集电极电流。集电极正向偏置电压越低，基区电子扩撒到集电区越容易，从而集电极电流越大。所以此时集电极电流随Vce增加而增加。

换句话说，在这种情况下，集电极电流的增加受限于集电结的正偏，而基极电流不再是限制因素。在这种集电结正偏的情况下，随着基极电流的增加，集电极电流并不会增加的现象，称之为饱和。此时三极管工作在饱和状态。

(3) 放大区： 当基极与发射极之间的电压Vbe大于PN结开启电压时，发射结处于开启状态，且集电极电压足够大使得集电结零偏或者反向偏置时，基区的自由电子除了在基区跟空穴复合以外，几乎都可以进入到集电区，形成集电极电流。

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。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

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

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。

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，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，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：

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。

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