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12.8 : 双极结型晶体管(BJT)的开关

双极结型晶体管(BJT)的开关行为是各种电子电路中的一个基本方面,尤其是在开关和放大器等数字逻辑应用中。在典型的开关电路中,双极结型晶体管能够在截止模式和饱和模式之间交替转换,分别对应于“关闭”和“开启”状态,因此这一行为会表现得像一个理想的开关。

截止模式(“关闭”状态):在这种状态下,发射极-基极和集电极-基极结都会被反向偏置。晶体管能够阻止电流流过其端子,从而能够有效地使设备处于“关闭”状态。当不需要信号传输时便会使用这一模式,从而使电路能够保持低功耗的状态。

饱和模式(“开启”状态):与截止模式相反,在饱和状态下,两个结都处于正向偏置状态。这种设置允许最大电流从集电极流向发射极。在这种模式下,双极结型晶体管的行为就像一个闭合开关,从而能够使信号在电路中完全传输。

开关动态:发射极-基极电压的突然变化会触发“关闭”和“打开”状态之间的转换,这通常是由一个正输入电流脉冲来进行启动的。在进行转换的过程中,集电极电流的行为对于有效开关来说是至关重要的。它通常会取决于存储在晶体管基极区域中存储的过剩少数载流子总电荷的变化。

在导通阶段,如果基极电荷超过某个阈值(表示为 Q_S),双极结型晶体管就会进入饱和模式。相反,在关闭阶段,集电极电流几乎是保持恒定的,直到存储的电荷减少到 Q_S,这会使得晶体管恢复激活模式,然后在接近截止模式时则会逐渐减小到零。

了解这些转换和相关的电荷动态对于设计高效的双极结型晶体管是至关重要的,这些双极结型晶体管可以在不同的状态之间进行快速切换,同时还会将其性能和功率损失降至最低。

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BJT SwitchingCut off ModeSaturation ModeOn off StatesSwitching DynamicsExcess Minority Carrier ChargeTurn onTurn offActive ModeDigital LogicAmplifiersSwitchesCharge Dynamics

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