數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一?? 晶體管開關(guān)特性、限幅器與鉗位器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?BR>1．觀察晶二極管、三極管的開關(guān)特性，熟知外電路參數(shù)變化對晶體管開關(guān)特性的影響。
2．掌握限幅器和鉗位器的基本工作原理

二、實(shí)驗(yàn)原理
1．晶體二極管的開關(guān)特性
由于晶體二極管具有單向?qū)щ娦?，故其開關(guān)特性表現(xiàn)在正向?qū)ㄅc反向截止這兩種不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程。
如圖1-1電路輸入端，施加一方波激勵信號v1，由于二極管結(jié)電容的存在，因而有充電、放電和存貯電荷的建立與消散的過程。因此當(dāng)加在二極管上的電壓突然由正向偏置（+v1）變?yōu)榉聪蚱茫ǎ璿2）時(shí)，二極管并不立即截止，而是出現(xiàn)一個較大的反向電流－ ，并維持一段時(shí)間tS（稱為存貯時(shí)間）后電流才開始減小，再經(jīng)tf（稱為下降時(shí)間）后，反向電流才等于靜態(tài)特性上的反向電流Io，將trr=ts+tf叫做反向恢復(fù)時(shí)間。
trr與二極管的結(jié)構(gòu)有關(guān)，PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，存貯電荷就少，ts就短。同時(shí)也與正向?qū)娏骱头聪螂娏饔嘘P(guān)。
當(dāng)管子選定后，減小正向?qū)娏骱驮龃蠓聪蝌?qū)動電流，可加速電路的轉(zhuǎn)換過程。
2．晶體三極管的開關(guān)特性
晶體三極管的開關(guān)特性是指它從載止到飽和導(dǎo)通，或從飽和導(dǎo)通到截止的轉(zhuǎn)換過程，而且這種轉(zhuǎn)換都需要一定的時(shí)間才能完成。
如圖1-2所示的電路，施加一個足夠幅度（在－v2和+v1之間變化）的矩形脈沖電壓v1激勵信號，就能使晶體管從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入飽和導(dǎo)通，再從飽和進(jìn)入截止。可見晶體管T的集電極電流ic和輸出電壓vo的波形已不是一個理想的矩形波，其起始部分和平頂部分都延遲了一段時(shí)間，其上升沿和下降沿都變得緩慢了，如圖1-2所示。圖中的td為延遲時(shí)間，tr為上升時(shí)間，ts為存貯時(shí)間，tf為下降時(shí)間，通常稱ton=td+tr為三極管開關(guān)的“接通時(shí)間”，toff=ts+tf為三極管開關(guān)的“斷開時(shí)間”。形成上述開關(guān)特性的主要原因乃是晶體管結(jié)電容之故。
改善晶體管開關(guān)特性的方法是采用加速電容Cb和在晶體管的集電極加二極管D箝位，如圖1-3所示。
Cb是一個近百PF的小電容，當(dāng)v1正躍變期間，由于Cb的存在，Rb1相當(dāng)于被短路，v1幾乎全部加到基極上，使T迅速進(jìn)入飽和，td和tr大大縮短。當(dāng)v1負(fù)躍變時(shí)，Rb1再次被短路，使T迅速截止，也大大縮短了ts和tf，可見Cb僅在瞬態(tài)過程中才起作用，穩(wěn)態(tài)時(shí)相當(dāng)于開路，對電路沒有影響。Cb既加速了晶體管的接通過程又加速了斷開過程，故稱之為加速電容，這是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，在脈沖電路中得到廣泛應(yīng)用。
箝位二極管D的作用是：當(dāng)管子T由飽和進(jìn)入截止時(shí)，隨著電源對分布電容和負(fù)載電圖1-1?? 晶體二極管的開關(guān)特性?????????????? 圖1-2?? 晶體三極管的開關(guān)特性
容的充電，vo逐漸上升。因?yàn)閂cc＞E，當(dāng)vo超過E后，二極管D導(dǎo)通，使vo的最高值被箝位在E，從而縮短vo波形的上升邊沿，而且上升邊的起始部分又比較陡，所以大大縮短了輸出波形的上升時(shí)間tr。
3．利用二極管與三極管的非線性特性，可構(gòu)成限幅器和箝位器。它們均是一種波形變換電路，在實(shí)際中均有廣泛的應(yīng)用。二極管限幅器是利用二極管導(dǎo)通時(shí)和截止時(shí)呈現(xiàn)的阻抗不同來實(shí)現(xiàn)限幅，其限幅電平由外接偏壓決定，三極管則利用其截止和飽和特性實(shí)現(xiàn)限幅。箝位的目的是將脈沖波形的頂部或底部箝制在一定的電平上。