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二极管开关电路图,稳压二极管做电压开关使用

时间:2023-05-04 23:15:14 阅读:54764 作者:2672

晶体管除了交流信号放大器外,还可以作为开关使用。 说到ladqt,晶体管在动作上与一般的机械触点式开关完全不同,但具有机械开关所没有的特点。

图1是晶体管电子开关的基本电路图。 从下图可以看出,负载电阻直接跨越晶体管的集电极和电源之间,位于晶体管主电流的电路中。

输入电压Vin控制晶体管开关的导通、截止动作,当晶体管导通时负载电流被切断,相反,当晶体管导通时电流流动。 详细说明,Vin为低电压时,基极没有电流流过,因此集电极也没有电流流过,集电极端子连接的负载也没有电流流过,相当于开关的接通。 此时,晶体管战胜了截止区域。

同样,Vin为高电压时,会流过基极电流,因此集电极会流过更大的放大电流,从而接通负载电路,相当于开关的接通。 此时,晶体管优于饱和区(saturation )。

一、晶体管开关电路分析设计

对晶体管来说,基极发射极接合面的正向偏置电压值约为0.6伏,因此为了使晶体管截止,Vin必须在0.6伏以下,以使晶体管的基极电流为零。 通常,在设计时,为了更可靠地使晶体管成为截止状态,往往将Vin值设为0.3伏以下。 当然,输入电压越接近零伏,就越能保证晶体管开关处于截止状态。 想要向负载输送电流,晶体管的集电极和发射极必须短路。 与机械式开关的闭合动作相同。 为此,必须使Vin达到足够高的电平,驱动晶体管进入饱和工作区域。 当晶体管达到饱和状态时,集电极电流变得相当大,几乎整个电源电压Vcc施加在负载电阻上,VcE接近0,晶体管的集电极和发射极几乎短路。 在理想情况下,当晶体管因鹦鹉定律而饱和时,其集电极电流必须为kit

因此,基极电流至少如下。

上述公式表示IC和IB的基本关系,公式中的值表示晶体管的直流电流增益,其交流值和直流值之间存在很大差异,取决于晶体管。 闭合开关时,为了送出公式(1)要求的最低基极电流值以上,其Vin值必须足够高。 由于基极电路只是电阻和基极发射极接地面串联电路,所以Vin可以通过下式求出

基极电压超过(式2 )中求出的值时,晶体管导通,所有的供给电压跨越负载电阻,开关的闭合动作完成。

总之,当晶体管与图1的电路连接时,与串联连接在负载上的机械式开关具有相同的功能,但开闭开关的方式不使用机械式开关中常用的机械起动器、螺线管柱塞或电磁感应电枢,而直接利用输入电压即可负载电流流动时晶体管达到饱和状态,其VCE接近零,因此该电流与电压相乘的功率非常小,完全不需要散热器。

二.基本晶体管开关的改进电路

在某些情况下,我们设定的低电压电平不一定能关闭晶体管开关。 特别是输入电平接近0.6伏时更是如此。 要克服这种临界情况,必须采取纠正步骤,确保晶体管关闭。 图6是为应对这种情况而设计的两个常见的改进电路。

图6确保晶体管的开关动作,正确的2种改良电路

图6(a )的电路在基极发射极之间串联连接有二极管,因此,能够导通基极电流的输入电压值上升0.6伏,由于信号源的误动作,即使Vin值接近0.6伏,晶体管也不导通,因此开关处于截止状态图6(b )的电路附加了辅助-断开(hold-off )电阻R2,通过适当的R1、R2及Vin值设计,在临界输入电压时开关被可靠地断开。 从图6(b )可知,在基极发射极接地面导通之前(IB0 ),R1和R2串联地形成分压电路,因此R1一定会超过按每个Vin而变化的分压电压,因此基极电压不得不低于Vin值基极电压被连接到负电源的辅助-断路电阻牵拉的R1、R2和VBB的值是故意设计的,因此只要Vin在高值范围内,基极就有足够的电压值使晶体管导通,不受辅助-断路电阻的影响。

加速“电容”

在要求高速切换动作的APP应用中,需要加快晶体管开关的切换速度。 图7是一般的方法,只要在RB电阻上并联加速电容器,如果Vin从零电压上升并开始向基极输送电流,则电容器由于不能瞬间充电而看起来短路,但此时由于从电容器向基极瞬间流过大电流,所以开关会断开然后,充电结束后,电容器开路,不影响晶体管的正常工作。

图7接通加速电容器的电路

一旦输入电压从高电平返回零电平,则电容器在极短时间内基极、发射极接地面反向偏置,晶体管开关迅速断开,这是因为电容器的左端本来被充电为正电压,如图6-9所示电容器两端的电压不会瞬间变化而维持恒定,因此输入电压的降低会立即降低基极电压,通过适当选择基极、发射极、接地面变为反向偏置的加速电容值,可以缩短晶体管开关的切换时间

至几十分之微秒以下,大多数的加速电容值约为数百个微微法拉(pF) 。

有时候三极管开关的负载并非直接加在集电极与电源之间,而是接成图8的方式,这种接法和小信号交流放大器的电路非常接近,只是少了一只输出耦合电容器而已。这种接法和正常接法的动作恰好相反,当三极管截止时,负载获能,而当三极管导通时,负载反被切断,这两种电路的形式都是常见的,因此必须具有清晰的分辨能力。

图8 将负载接于三极管开关电路的改进接法

三、三极管开关之应用

晶体管开关最常见的应用之一,是用以驱动指示灯,利用指示灯可以指示电路某特定点的动作状况,亦可以指示马达的控制器是否被激励,此外亦可以指示某一限制开关是否导通或是某一数字电路是否处于高电位状态。

举例而言,图10(a)即是利用晶体管开关来指示一只数字正反器(flip-flop)的输出状态。假使正反器的输出为高准位(一般为5伏特) ,晶体管开关便被导通,而令指示灯发亮,因此操作员只要一看指示灯,便可以知道正反器目前的工作状况,而不须要利用电表去检测。

有时信号源(如正反器)输出电路之电流容量太小,不足以驱动晶体管开关,此时为避免信号源不胜负荷而产生误动作,便须采用图10(b) 所示的改良电路,当输出为高准位时,先驱动射极随耦晶体管Q1做电流放大后,再使Q2导通而驱动指示灯,由于射极随耦级的输入阻抗相当高,因此正反器之须要提供少量的输入电流,便可以得到满意的工作。

图10(a) 基本电路图 图10(b) 改良电路

 

 

 

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