實驗一?? 晶體管開關特性、限幅器與鉗位器

一、實驗目的
1．觀察晶二極管、三極管的開關特性，熟知外電路參數變化對晶體管開關特性的影響。
2．掌握限幅器和鉗位器的基本工作原理

二、實驗原理
1．晶體二極管的開關特性
由于晶體二極管具有單向導電性，故其開關特性表現在正向導通與反向截止這兩種不同狀態的轉換過程。
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。因此當加在二極管上的電壓突然由正向偏置（+v1）變為反向偏置（－v2）時，二極管并不立即截止，而是出現一個較大的反向電流－ ，并維持一段時間tS（稱為存貯時間）后電流才開始減小，再經tf（稱為下降時間）后，反向電流才等于靜態特性上的反向電流Io，將trr=ts+tf叫做反向恢復時間。
trr與二極管的結構有關，PN結面積小，結電容小，存貯電荷就少，ts就短。同時也與正向導通電流和反向電流有關。
當管子選定后，減小正向導通電流和增大反向驅動電流，可加速電路的轉換過程。
2．晶體三極管的開關特性
晶體三極管的開關特性是指它從載止到飽和導通，或從飽和導通到截止的轉換過程，而且這種轉換都需要一定的時間才能完成。
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狀態進入飽和導通，再從飽和進入截止。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為延遲時間，tr為上升時間，ts為存貯時間，tf為下降時間，通常稱ton=td+tr為三極管開關的“接通時間”，toff=ts+tf為三極管開關的“斷開時間”。形成上述開關特性的主要原因乃是晶體管結電容之故。
改善晶體管開關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v1正躍變期間，由于Cb的存在，Rb1相當于被短路，v1幾乎全部加到基極上，使T迅速進入飽和，td和tr大大縮短。當v1負躍變時，Rb1再次被短路，使T迅速截止，也大大縮短了ts和tf，可見Cb僅在瞬態過程中才起作用，穩態時相當于開路，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，這是一種經濟有效的方法，在脈沖電路中得到廣泛應用。
箝位二極管D的作用是：當管子T由飽和進入截止時，隨著電源對分布電容和負載電圖1-1?? 晶體二極管的開關特性?????????????? 圖1-2?? 晶體三極管的開關特性
容的充電，vo逐漸上升。因為Vcc＞E，當vo超過E后，二極管D導通，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間tr。
3．利用二極管與三極管的非線性特性，可構成限幅器和箝位器。它們均是一種波形變換電路，在實際中均有廣泛的應用。二極管限幅器是利用二極管導通時和截止時呈現的阻抗不同來實現限幅，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現限幅。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。