三極管開(kāi)關(guān)電路作為一種被廣泛應(yīng)用在開(kāi)關(guān)電路模式,其本身具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定等特性。然而,在實(shí)際運(yùn)用中,工程師也需要依據(jù)環(huán)境要求,對(duì)三極管開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行相應(yīng)的改良,使其更加適合設(shè)計(jì)條件的需要。在今天的文章中,我們將會(huì)為大家分享一些比較經(jīng)常用到的開(kāi)關(guān)電路改良措施。
在一些對(duì)三極管開(kāi)關(guān)電路動(dòng)作速度要求較高的環(huán)境,例如通訊領(lǐng)域,要求開(kāi)關(guān)電路需要具備快速切換動(dòng)作的特性,因此我們也就必須采取相應(yīng)的改良措施,以加快三極管開(kāi)關(guān)的切換速度。下圖中,圖1為一種常見(jiàn)的切換速度改良方式,此方法只須在RB電阻上并聯(lián)一只加速鉭電容。因此,當(dāng)Vin由零電壓往上升并開(kāi)始送電流至基極時(shí),鉭電容由于無(wú)法瞬間充電,故形同短路,然而此時(shí)卻有瞬間的大電流由鉭電容流向基極,因此也就加快了開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的速度。稍后待充電完畢后,鉭電容就形同開(kāi)路,同時(shí),這樣做還不會(huì)影響三極管的正常工作。
圖1 加了加速鉭電容的三極管開(kāi)關(guān)電路 當(dāng)開(kāi)關(guān)電路采用了這種加入加速鉭電容的輔助電路后,一旦輸入電壓由高準(zhǔn)位降回零電壓準(zhǔn)位時(shí),鉭電容會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)即令基射極接面變成反向偏壓,而使三極管開(kāi)關(guān)迅速切斷。在這一工作運(yùn)行過(guò)程中,三極管開(kāi)關(guān)之所以能夠快速被切斷,是由于鉭電容的左端原已充電為正電壓,因此在輸入電壓下降的瞬間,鉭電容兩端的電壓無(wú)法瞬間改變?nèi)詫⒕S持于定值,因此輸入電壓的下降立即使基極電壓隨之而下降,因此令基射極接面成為反向偏壓,而迅速令三極管截止。適當(dāng)?shù)倪x取加速電容值可使三極管開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間減低至幾十分之微秒以下,大多數(shù)的加速電容值約為數(shù)百個(gè)微微法拉(pF)。 在使用這種加入加速鉭電容的輔助電路,為三極管開(kāi)關(guān)電路加快切斷速度時(shí),有一個(gè)需要注意的問(wèn)題是,有的時(shí)候三極管開(kāi)關(guān)的負(fù)載并非直接加在集電極與電源之間,而是會(huì)接成圖2的方式。從圖2中我們可以看到,這種接法和小信號(hào)交流放大器的電路非常接近,只是少了一只輸出耦合貼片電容而已。這種接法和正常接法的動(dòng)作恰好相反,當(dāng)三極管截止時(shí),負(fù)載獲能,而當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí),負(fù)載反被切斷,這兩種電路的形式都是常見(jiàn)的。
圖2 將負(fù)載接于三極管開(kāi)關(guān)電路的改進(jìn)接法 還有一種情況是三極管開(kāi)關(guān)電路在應(yīng)用過(guò)程中比較經(jīng)常遇到的。我們假設(shè)在圖2中的三極管開(kāi)關(guān)加上了電容性負(fù)載(假定其與RLD并聯(lián)),那么在三極管截止后,由于負(fù)載電壓必須經(jīng)由RC貼片電阻對(duì)鉭電容慢慢充電而建立,因此電容量或電阻值愈大,時(shí)間常數(shù)便愈大,而使得負(fù)載電壓之上升速率愈慢。然而,在某些應(yīng)用中,這種現(xiàn)象是不允許存在的,因此在面對(duì)這種情況時(shí)我們就必須采用圖3所提供的圖騰式改良電路進(jìn)行改良設(shè)計(jì)了。
圖3 圖騰式三極管開(kāi)關(guān)電路 首先來(lái)解釋一下圖騰式電路的含義。所謂的圖騰式電路,指的是將一只三極管直接迭接于另一個(gè)三極管之上所構(gòu)成的電路模式,這一電路也因該種結(jié)構(gòu)而得名。在圖騰式電路中,如果想要讓負(fù)載獲能,那就必須使Q1三極管導(dǎo)通,同時(shí)使Q2三極管截?cái),這樣一來(lái)負(fù)載便可經(jīng)由Q1而連接至VCC上。如果想要使負(fù)載去能,必須使Q1三極管截?cái),同時(shí)使Q2三極管導(dǎo)通,如此負(fù)載將經(jīng)由Q2接地。由于Q1的集電極除了極小的接點(diǎn)電阻外,幾乎沒(méi)有任何電阻存在,如上圖圖3所示,因此負(fù)載幾乎是直接連接到正電源上的,也因此當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí),就再也沒(méi)有電容的慢速充電現(xiàn)象存在了。所以可說(shuō)Q1將負(fù)載拉起,而稱之為“挽起三極管”,Q2則稱為拉下三極管。 在上圖圖3所提供的圖騰式三極管開(kāi)關(guān)電路中,我們可以看到,該電路系統(tǒng)左半部的輸入控制電路,負(fù)責(zé)Q1和Q2三極管的導(dǎo)通與截?cái)嗫刂,但是必須確保Q1和Q2使不致同時(shí)導(dǎo)通,否則將使VCC和地之間經(jīng)由Q1和Q2而形同短路,果真如此,則短路的大電流至少將使一只三極管燒毀。因此圖騰式三極管開(kāi)關(guān)絕對(duì)不能采用并聯(lián)方式來(lái)使用,否則只要圖騰上方的三極管Q1群中有任一只導(dǎo)通,而下方的Q2群中又恰好有一只導(dǎo)通,電源便經(jīng)由導(dǎo)通之Q1和Q2短路,而造成嚴(yán)重的后果。
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