電路圖講解:一個實用的三極管開關電路
發布時間:2015-10-19 責任編輯:susan
【導讀】開關三(san)極(ji)管(guan)的(de)外(wai)形(xing)與(yu)普(pu)通(tong)三(san)極(ji)管(guan)外(wai)形(xing)相(xiang)同(tong),它(ta)工(gong)作(zuo)於(yu)截(jie)止(zhi)區(qu)和(he)飽(bao)和(he)區(qu),相(xiang)當(dang)於(yu)電(dian)路(lu)的(de)切(qie)斷(duan)和(he)導(dao)通(tong)。三(san)極(ji)管(guan)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)作(zuo)為(wei)功(gong)率(lv)管(guan)的(de)控(kong)製(zhi)應(ying)用(yong)廣(guang)泛(fan)。這(zhe)裏(li)對(dui)一(yi)個(ge)實(shi)用(yong)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)各(ge)元(yuan)器(qi)件(jian)作(zuo)用(yong)作(zuo)具(ju)體(ti)分(fen)析(xi)。
三極管開關控製電路:

上圖是一個小功率三極管控製大功率三極管(達林頓管)開關電路。
控製信號通過控製小功率三極管的開關來控製大功率管Q1的開關。
原理分析
三(san)極(ji)管(guan)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)就(jiu)是(shi)控(kong)製(zhi)三(san)極(ji)管(guan)工(gong)作(zuo)在(zai)截(jie)止(zhi)區(qu)和(he)飽(bao)和(he)區(qu)工(gong)作(zuo)。電(dian)路(lu)設(she)計(ji)原(yuan)則(ze)等(deng)不(bu)作(zuo)贅(zhui)述(shu),一(yi)般(ban)的(de)三(san)極(ji)管(guan)電(dian)路(lu)參(can)考(kao)書(shu)籍(ji)有(you)介(jie)紹(shao)。在(zai)這(zhe)裏(li)也(ye)隻(zhi)討(tao)論(lun)圖(tu)中(zhong)這(zhe)些(xie)阻(zu)容(rong)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)作(zuo)用(yong),不(bu)討(tao)論(lun)其(qi)取(qu)值(zhi)計(ji)算(suan)(因為取值計算需要選定三極管,而且頗為簡單)。
圖中R1作用是Q2的基極限流;R3作用是泄放掉關斷狀態時基極電荷,讓Q2在低電平時保持截止狀態;R4作用是Q2的集電極限流以及Q1的基極限流;電容C2是加速電容,加速Q2的開關速度,降低Q2管耗,從而延長Q2壽命;R5和C1是作為輸出反饋給Q2的基極,作用同樣為加速Q2的開關速度,延長Q2的壽命以及電路整體的性能,此為正反饋。
下麵主要解釋下C2的作用,其餘的元器件作用,相信有一定三極管電路基礎的都能理解。
讓我們來看看C2是如何“加速”的——
先來看看電路在沒有C2的情況下是如何工作的:控製端由低電平拉升到高電平的過程中,集電極電流增長使得三極管從截止區—》放大區—》飽和區變化,從而使三極管從關斷狀態(截止)變為開通狀態(飽和),注意,開通過程中,集電極電流增長全部靠Vcc提供;反過來,控製端從高電平變為低電平過程中,通過R3對基極電荷的泄放,加速控製三極管從飽和區—》放大區—》截止區變化,並最終變為關斷狀態。
再來看看加上C2後的電路工作情況。來看由Vcc、R4、C2、R3、GND構成的回路:當電路沒有控製激勵的情況下(Control端低電平),Vcc給電容C2充電,C2和R4連接端的電位為Vcc;當控製激勵從低電平向高電平轉換的過程中,由於基極端電位上升,導致C2向三極管集電極放電,這樣,集電極電流增長中,一小部分靠C2提供,其餘靠Vcc提供,加速了三極管從截止到飽和變化的過程,此時C2兩端的電壓反轉,大小約為0.7(VBE)-0.3(VCEsat)V;反過來,控製端從高電平變為低電平過程中,由於基極電壓的下降以及集電極電壓的上升,集電極對C2充電,從而導致三極管集電極與發射級間的電流更快速的下降,配合R3的作用,更快速的使三極管進入截止狀態。所以,C2在這裏確實起到了加速開關的作用。
但(dan)問(wen)題(ti)又(you)出(chu)來(lai)了(le),這(zhe)個(ge)電(dian)路(lu)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)到(dao)我(wo)產(chan)品(pin)上(shang)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)頻(pin)率(lv)僅(jin)僅(jin)是(shi)幾(ji)百(bai)赫(he)茲(zi),對(dui)於(yu)毫(hao)秒(miao)級(ji)的(de)應(ying)用(yong),出(chu)來(lai)的(de)開(kai)關(guan)波(bo)形(xing)根(gen)本(ben)不(bu)會(hui)有(you)延(yan)時(shi),按(an)道(dao)理(li)無(wu)需(xu)另(ling)加(jia)加(jia)速(su)電(dian)容(rong),這(zhe)是(shi)怎(zen)麼(me)回(hui)事(shi)?這裏要感謝IR公司的白師兄給我的釋疑:這裏加速電容的作用並不是改善頻率特性而加的,而是為了改善三極管的功耗;眾所周知,三極管在截止區和飽和區功耗最小,而在放大區功耗最大,原因是截止區VCE大、ICE極小,飽和區ICE大、VCE很小(等於飽和導通電壓VCEsat),而放大區是大電壓大電流;加速開通和關斷時間就是為了讓開關三極管快速穿越大功耗區(線性放大區)而進入到小功耗區(截止區和飽和區),從而降低功耗來降低三極管的溫度,延長三極管的壽命。而本電路恰恰應用在開關電路持續開關工作的情況,也印證了師兄的解釋。
類似地,R5/C1正反饋的作用同樣也是加速Q2的開關,來降低管耗,延長壽命。
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