有效加快晶体管开关速度方法的研究

2016年 第3期Science and Technology & Innovation┃科技与创新

文章编号：2095－6835（2016）03－0115－02

有效加快晶体管开关速度方法的研究

杨全忠

（佛山市蓝箭电子股份有限公司，广东 佛山 528000）

摘 要：主要对有效加快晶体三极管开关速度的方法展开了探讨，详细阐述了晶体三极管的开关过程和开关时间，并给出了一些有效加快晶体管开关速度的方法，以期能为有关方面提供一定的参考和借鉴。 关键词：晶体三极管；开关速度；开关时间；驱动信号

中图分类号：TN722.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.115

结电容的充电过程，发射结的正向偏置电压快速建立，进而可以缩短延迟时间td；选用放大倍数大的管子可以缩短基区载流子积累需要的时间，进而缩短管压降下降时间tr。 3.2 采用理想的晶体管驱动信号

为了缩短开通时间和关断时间，加快晶体管的开关速度，需采用理想的晶体管驱动信号。如图2所示为理想的晶体管驱动信号。在开通晶体管时，驱动信号上升陡峭而且幅值比较大，使晶体管迅速处于导通状态。进入导通状态以后，为了减少导通损耗，驱动信号幅值有所降低，维持晶体管导通。在关断晶体管时，驱动信号施加一定的反向基极电流有利于缩短关断时间、减少关断损耗。关断后，同样应在基极和发射极之间施加一定幅值的负偏压，

图2 理想的晶体三极管驱动信号图

维持功率晶体管关断。

3.3 应用抗饱和晶体三极管技术

为了缩短存储时间tstg，以加快晶体三极管的开关速度，常在晶体三极管上增加控制环节，使管子导通时处于临界饱和状态，这就是晶体三极管的抗饱和技术。临界饱和区是指深度饱和区与线性区之间的区域，对应晶体三极管输出特性曲线中开始弯曲的部分。在临界饱和区，电流增益开始下降，但晶体管仍保持发射结正偏、集电结反向偏置的状态，这要比将深度饱和导通的晶体管（发射结正偏、集电结正偏）转为关断状态要容易得多、快得多。晶体三极管的抗饱和技术就是增加控制环节，以限制晶体管导通时的饱和深度的技术。

图3所示为肖特基二极管控制的抗饱和晶体三极管。这种抗饱和晶体三极管称为“肖特基二极管箝位晶体管”。当晶体三极管T进入饱和状态后，其集电结正偏，与它并接的肖特基二极管也正偏。肖特基二极管的导通压降只有约0.4 V，要比一般硅PN结的导通压降小约0.3 V，由于肖特基二极管的导通将对晶体三极管T的基极电流起分流作用，晶体管集电结上的电压始终被箝位在肖特基二极管的导通压降（约0.4 V）上。这就避免了晶体三极管导通时进入深度饱和状态，从而缩短了存储时间tstg，加快了开关速度。

晶体三极管是一种控制电流的半导体器件，其作用是将微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。当晶体三极管被用作电路开关时，我们需要有效加快晶体三极管的开关速度，以给电路运行带来帮助。 1 晶体三极管的开关过程

假设晶体三极管是一个理想的开关元件，其饱和状态等效于开关闭合，截止状态等效于开关断开，开关是闭合，还是断开，主要取决于晶体三极管发射结的偏置情况——当发射结正向偏置时，晶体三极管处于饱和状态，等效于开关闭合；当发射结反向偏置时，晶体三极管处于截止状态，等效于开关断开。

实际中，晶体三极管并非理想的开关元件，它从截止状态转变为饱和状态需要一个开通过程，且需要一定的时间，从饱和状态转变为截止状态需要一个关断过程，也需要一定的时间。晶体三极管的开关过程如图1所示。其中，从截止状态转变为饱和状态需要的时间称为“开通时间”，用“td＋tr”表示；从饱和

.com.cn. All Rights Reserved.状态转变为截止状态需要的时间称为“关断时间”，用“tstg＋tf”

表示。开通时间和关断时间简称“开关时间”。

图1 晶体三极管的开关过程

2 晶体三极管的开关时间

，晶体三极管的开关时间可以分为以下四种：①延迟时间（td）

是指从有基极电流开始到UCE降到其截止状态时对应的值的90%的时间间隔。它产生的原因是基极电流向发射结电容充电需要一个过程，发射结正向偏置电压需要逐步建立。②管压降下降时间

，是指UCE从其截止状态时对应的值的90%降到10%所需的（tr）

时间。它产生的原因是积累基区载流子需要一定的时间。③存储时间（tstg），是指从基极电流反向时刻开始到UCE为其截止状态时对应的值的10%的时间间隔。它产生的原因是基区过剩存储电荷抽走需要一定的时间。过剩存储电荷的多少取决于饱和深度，饱和深度越深，过剩存储电荷越多，存储时间值越大。④管压降上

，是指UCE从其截止状态时对应的值的10%上升到90%升时间（tf）

所需的时间。它产生的原因是基区电荷的继续抽走和管内载流子复合需要一定的时间。在这四个时间中，存储时间tstg最长，可达微秒数量级，是影响晶体三极管开关速度的最主要因素。 3 加快晶体管开关速度的方法

加快晶体三极管开关速度实质上就是缩短管子开关时间。在缩短管子开关时间时，可以采用以下三种方式。 3.1 选择合适的晶体三极管参数

选用晶体三极管反射结电容CBE较小的管子可以加快发射

（下转第117页）

图3 肖特基二极管控制的 图4 贝克箝位抗饱和三极管

抗饱和晶体三极管

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2016年 第3期Science and Technology & Innovation┃科技与创新

两者的差异不显著，具有可比性。

将8月和9月这两个月作为实验时间，统计实验区（群控功能开启）和对比区各台空调智能电表电量，可得表1所示的结果。

表1 8月和9月实验区和对比区精密空调耗电量情况

空调区 实验区 对比去

第一台 /kW·h 8 238 12 864

第二台 /kW·h 9 610 12 948

第三台 /kW·h 13 654 13 542

第四台 /kW·h 11 311 13 641

合计耗电量/kW·h42 813 52 995

由表1可知，在采用群控管理系统的实验区，其电能节省率约为19.21%；以机房动力电0.8元/kW·h计算，实验区8月和9月总电费为34 250.4元，对比区8月和9月电费合计42 396元，平均每月节省电费4 072.8元。由此可见，群控管理系统的应用能够起到有效的节能作用，对机房安全、经济目标的实现有着重要的意义。

现有的机房精密空调系统绝大部分都具备群控功能，通过完善群控管理系统、添加适量的网线，在适当调试之后，可以有效提高机房专用精密空调的群控管理水平，降低能量耗费， 实现节能目标，节约运行成本，对机房精密空调运行的经济效益和社会效益的提升有着重要作用。 3 结束语

综上所述，在机房专用精密空调运行的过程中，受空调运行方式等因素的影响，存在一定的能量浪费现象，运行经济性较差，增加了机房的使用成本。针对此种情况，在构建节能型社会背景下，改变机房专用空调的运行方式、降低能耗成为机房管理的重要工作。因此，加强对机房专用精密空调群控管理系统的研究，设计高效、科学的群控管理系统，对有效解决空调运行中的能量浪费问题具有重要的现实意义。 参考文献 ［1］刘威，许新毅，邓重秋.通信机房空调系统节能措施分析［J］.

暖通空调，2010（04）：92，96-100.

［2］林国明.浅析精密空调机房群控系统的构建［J］.科技传播，

2011（10）：19，25.

〔编辑：刘晓芳〕

（上接第114页） 表1 15种有机氯的定性参数 化合物 相关系数 保留时间/min 定量离子/（m/z） 定量离子/（m/z）α-六六六 0.999 3 8.28 181 219 109 β-六六六 0.999 2 8.55 181 219 109 γ-六六六 0.999 5 8.62 181 219 109 τ-六六六 0.999 0 8.98 181 219 109 七氯 0.999 1 9.42 100 272 237 氯甲桥萘 0.998 9 9.85 265 300 295 环氧七氯 0.999 1 10.38 353 355 237 硫丹I 0.998 5 10.69 195 339 341 4，4-DDE 0.999 1 10.88 246 248 176 狄氏剂 0.999 2 11.03 79 263 279 异狄氏剂 0.998 3 11.12 263 281 243 硫丹II 0.999 1 11.55 337 339 341 4，4＇-DDD 0.998 2 11.7 235 273 165 硫酸硫丹 0.998 9 11.75 272 387 422 4，4＇-DDT 0.999 0 11.97 235 237 165 进行测定，以检查土壤有机氯农药的残留量，从而为土壤净化提供帮助，大大降低净化难度。 表2 被测物质的方法检出限、回收率和精密度 加标浓度 检出限 回收率/（%） 精密度/（%）/（μg/kg）/（μg/kg）α-六六六 10 81.3 1.5 0.9 β-六六六 10 85.3 1.3 1.7 γ-六六六 10 82.7 3.6 1.5 τ-六六六 10 83.5 2.8 1.7 七氯 10 81 1.3 1.7 氯甲桥萘 10 81.1 1.0 1.5 环氧七氯 10 81.9 2.5 1.3 硫丹I 1 083.7 1.4 1.3 4，4-DDE 10 81.1 1.7 1.3 狄氏剂 1 079 1.0 1.3 异狄氏剂 10 87.9 2.4 1.9 硫丹II 1 082.5 3.2 1.4 4，4＇-DDD10 84 1.6 1.3 硫酸硫丹 10 74.3 2.4 1.3 4，4＇-DDT10 84.1 1.8 0.9 化合物 .com.cn. All Rights Reserved.2.5 方法的检出限、回收率和精密度 用空白土壤样品进行加标（10 μg/kg）实验，重复6次，以测定结果的相对标准偏差的3倍作为方法检出限，并同步计算回收率和精密度，结果如表2所示。 由表2可知，15种有机氯的方法检出限为0.9～1.9 μg/kg，回收率为74.3%～87.9%，精密度为1.0%～3.6%. 3 结束语 综上所述，如果土壤中存在有机氯农药残留，将会对土壤土质造成一定的破坏。因此，我们需要采用气相色谱法对土壤 （上接第115页）

图4所示为由二极管组成的贝克箝位电路控制的抗饱和晶体三极管。当晶体三极管Q导通，且基极电流上升到使晶体管Q的饱和压降UCE小于UBE时，二极管D1开始导通。由于二极管D1的存在将对晶体三极管的基极电流有分流作用，阻止了晶体管的基极电流进一步增加，从而防止晶体管Q进入深度饱和状态。二极管D2和D3用来调整基极电流，改变晶体管Q的饱和深度，二极管D4搭建抽走基区载流子的通道。如果二

，当连接极管和三极管都是硅管（UD1＝UD2＝UD2＝UEE＝0.7）

基极和集电极的二极管D1导通时，由于UD1＋UCE＝UD2＋UD3＋UBE，因此晶体三极管的导通压降为UCE＝1.4 V。如果去掉二极管D2，则晶体三极管的导通压降变为UCE＝0.7 V。

参考文献 ［1］董冀川，杨琼.气相色谱法同时分析测定土壤中15种有机氯农药残留［J］.中国环境监测，2009（04）. ［2］贾丽娟，邓芸芸.气相色谱-串联质谱法测定土壤中的有机氯农药［J］.色谱，2008（06）. 〔编辑：刘晓芳〕 4 结束语

综上所述，晶体三极管作为一种新型的材料，被逐渐应用于电路开关中。但是，在实际应用中，我们需要采取合理、有效的措施加快晶体三极管的开关速度，以提高电路运行的效率，从而为电路的运行提供保障。 参考文献

［1］王恩普.分压式共射放大器故障分析教学［J］.电子技术，

2012（10）.

［2］张世辉，陈霞.基于UC3843升压式程控开关稳压电源的设

计［J］.电脑开发与应用，2011（02）.

〔编辑：刘晓芳〕

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