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提高三极管的开关速度的几种方法?

发布人:yingjian时间:2022-06-22来源:工程师
一、前言:

三极管是我们最常用的电子元器件,提起三极管大家总能说出很多设计背后的故事,那么本文介绍其中一小片段,关于三极管快速开关的实现方法及其仿真实现。其实这部分内容网上有很多介绍了,因为博主最近有用到这部分电路,因此做了一些简单的整理。二、实现方式:其实现方式主要有以下几种:1、使用加速电容实现;2、使用肖特基二极管钳位实现。1、使用加速电容实现
何为加速电容?如下图 1 给基极限流电阻R9并联小容量电容的电路。当输入信号上升、下降时能够使R9电阻瞬间被小电容旁路掉,并提供低阻抗通路,所以在三极管由截止变为导通或由导通变为截止时能够快速提供或泄放基极电流,消除开关关断时间延迟,这个电容有加速开关的作用,因此叫作加速电容。

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仿真电路基本结构如下图 2 所示,驱动源使用的是100kHz、3.3V的方波信号。图片图 2 电路基本结构上述图 2 仿真结果如下图 3 所示,放大后可以看出其上升时间大概在0.45us,如下图 4 所示:
图片图 3 仿真图
图片图 4 放大后效果图
下图 5 是加了加速电容后的电路及其仿真图,放大时间轴后可以看到上升时间在0.2us左右,见下图 6。图片图 5 图片图 6另:网上有个针对加速电容提高开关速度的原理的讲解,可以参考:

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加速导通过程:当输入信号电压从0V跳变到高电平时,由于加速电容两端的电压不能突变,加到三极管基极的电压为一个尖顶脉冲,其电压幅值最大。这一尖顶脉冲加到基极,使基极电流迅速从0增大到很大,这样三极管迅速从截止状态进入饱和状态,加速了三极管的饱和导通,即缩短了三极管饱和导通时间(三极管从截止进入饱和所需要的时间)。

维持导通过程:在t0之后,对Cl的充电很快结束,这时输入信号电压Ui加到基极的电压比较小,维持VT1的饱和导通状态。

加速截止过程:当输入信号电压从高电平突然跳变到0V时,即tl时刻,由于Cl上原先充到的电压极性为左正右负,加到基极的电压为负尖顶脉冲。由于加到基极的电压为负,加快了三极管从基区抽出电荷的过程,三极管以更快的速度从饱和转换到截止状态,即缩短了三极管向截止转换的时间。C通常取值几十到几百皮法。

2、使用肖特基二极管钳位实现

在基-集间加二极管箝位,这种方法利用的是肖特基二极管正向压降VF比硅管PN结小,这样开通过程中,本该流过三极管的大部分基极电流被D1旁路掉了,这时流过三极管基极的电流非常小,所以这时三极管的导通状态很接近截止状态。可避免深饱和,给三极管节省了从饱和导通和退出的时间,使整个导通→截止的变化曲线平移提前了。即使不用二极管箝位,根据输入电平适当计算两个基极电阻的比值,也能避免三极管深饱和。仿真电路及结果如下图 7、图 8。

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图 7(来自网友仿真图)

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图 8(来自网友仿真图)


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关键词: 三极管

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