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提高三極管的開關(guān)速度的幾種方法?

發(fā)布人:yingjian 時(shí)間:2022-06-22 來源:工程師 發(fā)布文章
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(jì)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(shí)現(xiàn)方法及其仿真實(shí)現(xiàn)。其實(shí)這部分內(nèi)容網(wǎng)上有很多介紹了,因?yàn)椴┲髯罱杏玫竭@部分電路,因此做了一些簡單的整理。二、實(shí)現(xiàn)方式:其實(shí)現(xiàn)方式主要有以下幾種:1、使用加速電容實(shí)現(xiàn);2、使用肖特基二極管鉗位實(shí)現(xiàn)。1、使用加速電容實(shí)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(dāng)輸入信號(hào)上升、下降時(shí)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(shí)能夠快速提供或泄放基極電流,消除開關(guān)關(guān)斷時(shí)間延遲,這個(gè)電容有加速開關(guān)的作用,因此叫作加速電容。

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仿真電路基本結(jié)構(gòu)如下圖 2 所示,驅(qū)動(dòng)源使用的是100kHz、3.3V的方波信號(hào)。圖片圖 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(shí)間大概在0.45us,如下圖 4 所示:
圖片圖 3 仿真圖
圖片圖 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(shí)間軸后可以看到上升時(shí)間在0.2us左右,見下圖 6。圖片圖 5 圖片圖 6另:網(wǎng)上有個(gè)針對加速電容提高開關(guān)速度的原理的講解,可以參考:

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加速導(dǎo)通過程:當(dāng)輸入信號(hào)電壓從0V跳變到高電平時(shí),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(gè)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?fàn)顟B(tài)進(jìn)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(shí)間(三極管從截止進(jìn)入飽和所需要的時(shí)間)。

維持導(dǎo)通過程:在t0之后,對Cl的充電很快結(jié)束,這時(shí)輸入信號(hào)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(dāng)輸入信號(hào)電壓從高電平突然跳變到0V時(shí),即tl時(shí)刻,由于Cl上原先充到的電壓極性為左正右負(fù),加到基極的電壓為負(fù)尖頂脈沖。由于加到基極的電壓為負(fù),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?fàn)顟B(tài),即縮短了三極管向截止轉(zhuǎn)換的時(shí)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(shí)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(shí)流過三極管基極的電流非常小,所以這時(shí)三極管的導(dǎo)通狀態(tài)很接近截止?fàn)顟B(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(shí)間,使整個(gè)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(dāng)計(jì)算兩個(gè)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。

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圖 7(來自網(wǎng)友仿真圖)

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圖 8(來自網(wǎng)友仿真圖)


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