如何提高晶體管的開關速度
？——可以從器件設計和使用技術兩個方麵來加以考慮。

 

（1）晶體管的開關時間
 

晶體管的開關波形如圖1所示。其中開啟過程又分為延遲和上升兩個過程，關斷過程又分為存儲和下降兩個過程，則晶體管總的開關時間共有4個：延遲時間td，上升時間tr，存儲時間ts和下降時間tf。

 

ton=td+tr

 

toff=ts+tf

 

在不考慮晶體管的管殼電容、布線電容等所引起的附加電容的影響時
，晶體管的開關時間就主要決定於其本身的結構、材料和使用條件。

 

 

① 延遲時間td

 

延遲時間主要是對發射結和集電結勢壘電容充電的時間常數。因此，減短延遲時間的主要措施，從器件設計來說，有如：減小發射結和集電結的麵積（以減小勢壘電容）和減小基極反向偏壓的大小（以使得發射結能夠盡快能進入正偏而開啟晶體管）；而從晶體管使用來說，可以增大輸入基極電流脈衝的幅度，以加快對結電容的充電速度（但如果該基極電流太大，則將使晶體管在導通後的飽和深度增加
，這反而又會增長存儲時間，所以需要適當選取）。

 

② 上升時間tr

 

上升導通時間是基區少子電荷積累到一定程度、導致晶體管達到臨界飽和（即使集電結0偏）時所需要的時間。因此，減短上升時間的主要措施，從器件設計來說有如：增長基區的少子壽命（以使少子積累加快），減小基區寬度和減小結麵積（以減小臨界飽和時的基區少子電荷量），以及提高晶體管的特征頻率fT（以在基區盡快建立起一定的少子濃度梯度
，使集電極電流達到飽和）
；而從晶體管使用來說，可以增大基極輸入電流脈衝的幅度

，以加快向基區注入少子的速度（但基極電流也不能過大
，否則將使存儲時間延長）。

 

③ 存儲時間ts

 

存儲時間就是晶體管從過飽和狀態（集電結正偏的狀態）退出到臨界飽和狀態（集電結0偏的狀態）所需要的時間
，也就是基區和集電區中的過量存儲電荷消失的時間
；。而這些過量少子存儲電荷的消失主要是依靠複合作用來完成，所以從器件設計來說，減短存儲時間的主要措施有如：在集電區摻Au等來減短集電區的少子壽命（以減少集電區的過量存儲電荷和加速過量存儲電荷的消失；但是基區少子壽命不能減得太短，否則會影響到電流放大係數）

，盡可能減小外延層厚度（以減少集電區的過量存儲電荷）。而從晶體管使用來說，減短存儲時間的主要措施有如：基極輸入電流脈衝的幅度不要過大（以避免晶體管飽和太深，使得過量存儲電荷減少）
，增大基極抽取電流（以加快過量存儲電荷的消失速度）。

 

④ 下降時間tf

 

下(xia)降(jiang)時(shi)間(jian)的(de)過(guo)程(cheng)與(yu)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)的(de)過(guo)程(cheng)恰(qia)巧(qiao)相(xiang)反(fan)，即(ji)是(shi)讓(rang)臨(lin)界(jie)飽(bao)和(he)時(shi)基(ji)區(qu)中(zhong)的(de)存(cun)儲(chu)電(dian)荷(he)逐(zhu)漸(jian)消(xiao)失(shi)的(de)一(yi)種(zhong)過(guo)程(cheng)。因(yin)此(ci)，為(wei)了(le)減(jian)短(duan)下(xia)降(jiang)時(shi)間(jian)
，就(jiu)應(ying)該(gai)減(jian)少(shao)存(cun)儲(chu)電(dian)荷(he)（減小結麵積
、減小基區寬度）和加大基極抽取電流。

 

總之，為了減短晶體管的開關時間

、提高開關速度，除了在器件設計上加以考慮之外，在晶體管使用上也可以作如下的考慮：a）增大基極驅動電流，可以減短延遲時間和上升時間，但使存儲時間有所增加；b）增大基極抽取電流，可以減短存儲時間和下降時間。

 

 

（2）晶體管的增速電容器

 

在BJT采(cai)用(yong)電(dian)壓(ya)驅(qu)動(dong)時(shi)，雖(sui)然(ran)減(jian)小(xiao)基(ji)極(ji)外(wai)接(jie)電(dian)阻(zu)和(he)增(zeng)大(da)基(ji)極(ji)反(fan)向(xiang)電(dian)壓(ya)，可(ke)以(yi)增(zeng)大(da)抽(chou)取(qu)電(dian)流(liu)，這(zhe)對(dui)於(yu)縮(suo)短(duan)存(cun)儲(chu)時(shi)間(jian)和(he)下(xia)降(jiang)時(shi)間(jian)都(dou)有(you)一(yi)定(ding)的(de)好(hao)處(chu)。但(dan)是(shi)，若(ruo)基(ji)極(ji)外(wai)接(jie)電(dian)阻(zu)太(tai)小(xiao)，則(ze)會(hui)增(zeng)大(da)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)脈(mai)衝(chong)的(de)幅(fu)度(du)，將(jiang)使(shi)器(qi)件(jian)的(de)飽(bao)和(he)程(cheng)度(du)加(jia)深(shen)而(er)反(fan)而(er)導(dao)致(zhi)存(cun)儲(chu)時(shi)間(jian)延(yan)長(chang)
；若ruo基ji極ji反fan向xiang電dian壓ya太tai大da
，又you會hui使shi發fa射she結jie反fan偏pian嚴yan重zhong而er增zeng加jia延yan遲chi時shi間jian，所suo以yi需xu要yao全quan麵mian地di進jin行xing折zhe中zhong考kao慮lv。可ke以yi想xiang見jian，為wei了le通tong過guo增zeng大da基ji極ji驅qu動dong電dian流liu來lai減jian短duan延yan遲chi時shi間jian和he上shang升sheng時shi間jian的de同tong時shi、又不要增長存儲時間和產生其它的副作用，理想的基極輸入電流波形應該是如圖2所示階梯波的形式

，這樣的階梯波輸入即可克服上述矛盾
，能夠達到提高開關速度的目的。

 

實際上，為了實現理想的基極電流波形，可以方便地采用如圖3所示的基極輸入回路（微分電路），圖中與基極電阻RB並聯的CB就jiu稱cheng為wei增zeng速su電dian容rong器qi。在zai基ji極ji輸shu入ru回hui路lu中zhong增zeng加jia一yi個ge增zeng速su電dian容rong器qi之zhi後hou
，雖sui然ran輸shu入ru的de電dian流liu波bo形xing仍reng然ran是shi方fang波bo，但dan是shi通tong過guo增zeng速su電dian容rong器qi的de作zuo用yong之zhi後hou，所suo得de到dao的de實shi際ji基ji極ji輸shu入ru電dian流liu波bo形xing就jiu變bian得de很hen接jie近jin於yu理li想xiang的de基ji極ji電dian流liu波bo形xing了le，於yu是shi就jiu可ke以yi減jian短duan開kai關guan時shi間jian、提高開關速度。

 

 

 

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