关于三极管深度饱和恢复时间问题

只看该作者 · 2010-9-22 16:14

在一些资料上提到三极管深度饱和的恢复时间比较长，会影响做开关管的频率性能。
但是好像达林顿管就没有这个问题。
为什么深度饱和的恢复时间较长呢，请大侠指教！

4万 · 2010-9-22 17:39

达林顿管也一样，深度饱和时载流子密度过大，泄放这些载流子当然需要更多的时间。

只看该作者 · 2010-9-22 22:56

饱和导通到截止的恢复时间比较长，原因是三极管的基极-集电极之间的结电容影响。由饱和导通到截止，结电容有个放电的过程，放电的速度是受基极限流电阻和集电极负载电阻这两个电阻阻值的影响。深度饱和时集电极负载电阻一般很大，所以由饱和到截止的恢复时间要比由截止到饱和的打开时间长一些。

只看该作者 · 2010-9-23 09:32

学习。

3万 · 2010-9-23 12:57

3楼所说和楼主所说根本是两回事，而且叙述不正确。
双极型三极管从深饱和到截止的时间延迟，主要是基区电荷的影响。这与3楼所说集电极基极之间的电容是两回事。
即使是二极管，从正向导通转入反向截止，也需要时间。如果给正向导通的二极管突然施加反向电压，二极管并非立即截止，反而是瞬间流过很大的电流然后才截止。在反向电压施加到原来导通的二极管后的一段短时间内，二极管好像短路一样。而且施加反向电压之前二极管中正向电流越大，这段“短路”的时间越长。这并不能用二极管结电容来解释。因为结电容不能说明施加反向电压之前二极管中正向电流越大延迟时间越长的现像。
同样，对三极管的这种现像，也不能用三极管结电容来解释。三极管结电容同样不能说明三极管饱和越深延迟时间越长的现像。

只看该作者 · 2010-9-23 14:24

呵呵，让我来用结电容解释一下maychang前辈的“施加反向电压之前二极管中正向电流越大延迟时间越长的现像”。PN结的结电容是扩散电容Cd和势垒电容Cb之和，正向偏置时结电容以扩散电容Cd为主，而Cd与正向电流基本是成正比的关系。所以在正向电流较大的时候，Cd也较大，这时如果突然施加反向电压，当然会瞬间流过很大反向电流。
貌似并不是不能用结电容来解释吧？

只看该作者 · 2010-9-23 14:40

本帖最后由 ShakaLeo 于 2010-9-23 14:45 编辑

共射极放大电路的高频响应受到密勒效应的影响，而密勒效应正是集电结电容引起的。用做开关管也是同样道理。如图所以电路，NPN三极管作为开关管用，经过试验，在R1不变的情况下，R2在由10K换到100K后，由深度饱和到截止的恢复时间会显著增加（用示波器量波形）。这是因为在由深度饱和到截止的过程中，集电结结电容会有放电的过程，放电速度受到电阻R1、R2的制约，在R2由10K换为100K后，放电速度会慢很多，恢复时间也就增加了。
不知道maychang前辈用“基区电荷”的解释方法能否解释得通为什么“R2在由10k换为100k后恢复时间会显著增加”？请指教。

只看该作者 · 2010-9-23 16:21

铃木在讲双极性晶体管开关电路时解释基区存储电荷效应影响开关速度。
但实际应用中，特别是在光耦应用中，楼上所说的R2的大小确实影响开关速度。
:dizzy:

3万 · 2010-9-23 17:35

7楼：
固定集电极电阻R2不变，改变输入信号幅度，使三极管在导通时为临界饱和。这种情况下，输入信号突变到零，几乎没有延迟。但输入信号幅度较大，三极管导通时深饱和，则延迟时间就会相当大。而且可以在不同输入信号下测量，结果是输入幅度越大(导通时饱和越深)，延迟时间越长。
但在输入信号幅度不同情况下，米勒电容的影响是相同的。我在另一帖中曾讲过：米勒电容仅在放大器处于放大状态下才会存在。三极管饱和状态，米勒电容根本就不存在。
所以，用米勒电容无法解释三极管饱和越深，延迟时间越长的现像。

只看该作者 · 2010-9-23 18:27

请maychang前辈看清我在7楼的回帖，我是说共射极放大电路受到密勒效应的影响。做开关管时，我说的是集电结结电容，并没有提到密勒电容啊。
您在9楼提到的实验，“但在输入信号幅度不同情况下，米勒电容的影响是相同的”，这一点晚辈认为不正确，PN结电容是随偏置电压和电流的变化而变化的，首先，临界饱和和深度饱和，集电结的偏置电压肯定是不同的，这会很大程度地影响集电结结电容的大小，其次，输入信号幅度增大，Ib必然增大，这可能也会对集电结电容的大小有一定影响。所以，之所以基极的信号幅度增大后延迟时间长，是因为集电结电容在深度饱和的时候要大于临界饱和的时候。

3万 · 2010-9-23 19:10

10楼：
本楼首帖已经说明是开关工作，所以我在9楼并没有讨论线性放大问题。

临界饱和与深度饱和，集电结偏置电压确实稍有不同，结电容也会不同。但此电容量变化对存储时间有多大影响，你却没有进行分析，只用“可能”一词。
实际上，要分析集电结电容对存储时间的影响，只需要在基极与集电结之间并联一个小电容器，再测量一下并联电容器后临界饱和与深度饱和存储时间即可。并联一个小电容后，相当于结电容增加若干倍，对应的米勒电容也增加若干倍(线性工作时)。实验结果，仍是临界饱和的延迟时间几乎为零，深度饱和的延迟时间相当长。而且，延迟时间与未并联电容时相比较变化不大。
这个实验，我当初搞功率放大器(还是锗管时代，用的是3AD6)做过一次，后来搞开关电源时也做过一次。同时还测量了一些普通二极管的存储时间，发现1N5408的存储时间可达数十us(差不多就是开关电源工作周期)，绝对不能用于开关电源。

2万 · 2010-9-23 19:46

三极管是少子器件，开启及关闭都有延迟，而且关闭过程会有很长的拖尾。
达林顿开关速度快，原因是组成达林顿的两个管工作状态不同，电流大的一个管始终处于临界饱合状态，且集电结处于反偏，所以速度很快，而电流小的一个是小功率管，基区的储贮效应也很低，开关速度也很快。

只看该作者 · 2010-9-23 20:01

本帖最后由 ShakaLeo 于 2010-9-23 20:02 编辑

11楼：
请看清10楼回帖。“可能”一词，是说Ib增大对集电结电容的影响，而集电结偏置电压对结电容的影响，我没说是“可能”吧？
“要分析集电结电容对存储时间的影响，只需要在基极与集电结之间并联一个小电容器”，这个方法是对，但如果外加的电容远小于结电容，那么并不会有什么效果。从你的实验结果来看，很有可能是这种情况。
共射放大电路的高频响应受到集电结电容的影响，这个你也不否认，但为什么深度饱和时的恢复速度不是受集电结电容影响？虽然你一直在否定我的观点，但似乎并没有给出一个合理的回答来解释楼主的问题。
放大、饱和只是三极管的两个不同的状态，结电容并不会因为工作在饱和态就自己消失，工作在放大区时能够影响高频响应，工作在饱和区时同样也会影响开关速度。

只看该作者 · 2010-9-23 20:07

另外，所谓“基区储存电荷”，无非是PN结之间的扩散电容和势垒电容效应，是PN结中电荷增多和减少时形成的电容效应，结电容其实是等效电容。“基区存储电荷”的说法和“结电容”的解释是相通的。

3万 · 2010-9-23 20:28

13楼：
共射放大电路的高频响应受到集电结电容的影响，自变量是频率，因变量是增益，集电结电容是参变量。集电结电容增大，在频率不变时增益降低。
三极管开关工作，临界饱和到深度饱和，自变量是饱和深度，因变量是延迟时间，集电结电容是参变量。集电结电容变化(并联电容)，对延迟时间影响相当小。
我想，这足够说明问题了吧？

双极型三极管集电结电容并不大，所以用电阻做负载的共射极放大器才可以轻松工作到几百千赫兹甚至更高一些。在基极与集电极之间并联数十pF电容，原来可以工作到几百千赫兹的放大器只能工作到音频范围内，这足以说明集电结电容远小于几十pF，虽然我无法直接测量集电结电容。

2万 · 2010-9-23 20:39

三极管的结电容，很小的啦! 2n3904: 4pF, 大功率管BU508:125pF,

场效应管比这个大十倍，如果说是结电容的影响，那么MOS在速度上要完全输于BJT了

3万 · 2010-9-23 20:51

另一个可以说明集电结电容影响很小的电路是类似521这样的光耦。
光耦可以从集电极输出，也可以从发射极输出。光耦若从发射极输出，就不存在米勒电容问题。但像521这样的光耦从发射极输出时，仍可以观察到延迟(从一次电流变化到二次电流变化)，而且同样是饱和程度越深，延迟时间越大。
像521这样的速度较低的光耦，由发射极输出，用于串口隔离时经常连9600的波特率都上不去，出现错误。但若仔细调整一次电流使其临界饱和甚至不饱和(接近饱和的线性工作状态)，则可以工作到更高的波特率，没有误码。
因为是发射极输出，所以根本不存在米勒电容，因为发射极输出，光耦集电结电容不会有很大变化。所以上述光耦延迟时间的实验可以说明双极型三极管的延迟与集电结电容关系很小。

3万 · 2010-9-23 21:07

还有一个例子。
晶体管发明出来之前，放大器只能用电子管。
三极电子管，尤其是高放大因数三极管，其栅极和屏极之间的电容是比较大的，以至于所谓“高保真”放大器绝不使用高放大因数三极管，因为这种三极管的米勒电容太大，在音频范围内(不到15kHz)增益已经下降到不能容忍的地步。
但三极电子管极间电容虽大，却没有双极型晶体三极管的基区电荷问题，它根本就是靠真空中电子流工作的，栅极不过就是金属丝绕成的。所以三极电子管也没有延迟问题，即使工作到深度饱和(栅极电流比屏极电流还大，丙类末级常工作到这样的极端状态)也没有什么延迟。

只看该作者 · 2010-9-23 21:17

16楼 PowerAnts：
一般来说，三极管作为开关就是比MOS管速度高，只是别拿速度较高的MOS管跟速度较低的三极管比就好了。
17楼maychang：
这里讨论的是三极管吧？怎么讨论光耦了，光耦的工作原理跟三极管不是一回事，不管是从集电极输出还是从发射极输出，其延迟都是由受光管的PN结电容引起的，所以两种情况差不多。
另外16楼的说法貌似又有错误，“自变量是频率，因变量是增益，集电结电容是参变量”，因变量除了增益外，还有相移，这个相移和饱和时的因变量“延迟时间”貌似就有关联了吧。
另外你说了半天，并没见到你回答楼主问题的解答啊，为什么“三极管深度饱和的恢复时间比较长”呢？

只看该作者 · 2010-9-23 21:40

18楼更是有趣，“在音频范围内(不到15kHz)增益已经下降到不能容忍的地步”，却“没有延迟问题”。
根据低通的模型，增益下降了很多，必然有一定的相位滞后，何来“没有延迟问题”？

关于三极管深度饱和恢复时间问题

相关下载

相关帖子

永恒之光奖章

坚毅之洋流

十世金身

技术领袖奖章

社区建设奖章

技术导师奖章

缘定三生

技术奇才奖章

精华达人奖章

湍急之河流

终身成就奖章