[复习]晶体管开关电路详解.doc

[复****晶体管开关电路详解晶体管开关电路详解图,(,是一例发射极接地放大电路,这种电路能够通过输入信号(电压)连续地———模拟地控制流过集电极发射极间电流,获得输出电压。但是开关电路,如图,(,所示是一种计数地接通,断开晶体管的集电极发射极间的电流作为开关使用的电路。图,(,是电压增益(放大倍数)A,10的发射极接地型放大电路。照片,(,v是给这个电路输入,,,,、,,信号时的输入输出波形。这时的输出波形P-P不是通过介入耦合电容取出的,而是集电极电位。由于A,10,所以输出应该V是,,,。但是由于电源电压以及发射极电阻上电压降的缘故,如照片所示,P-P波形的上下部分均被截去(输出饱和)。输出波形的上半周被截去的情况是由于输出电平与电源电压相等,所以集电极电阻上没有了电压降,也就是说晶体管的集电极发射极间没有电流流过(集电极电流为零)。换句话说,晶体管处于截止状态。相反,输出波形的下半周被截去的情况是因为输出电平处于更接近,,,电平的电位(集电极电阻上的电压降非常大),晶体管的集电极电流处于最大值。也就是说,晶体管处于导通状态。这样的开关电路只要利用输入信号使输出波形被限幅就可以实现(使晶体管处于接通,断开状态就可以),所以可以认为只要放大电路具有非常大的放大倍数,或者加上很大的输入信号就可以。但是,这样的开关电路必须是直流的接通,断开状态(这样的用途非常多),所以必须具有一定的直流的放大倍数。,(,(,从放大电路到开关电路图,(,是从发射极放大电路演变到开关电路的示意图。首先为了获得直流增益(放大倍数),从图,(,(,)的一般发射极放大电路中去掉输入输出的耦合电容C、C,得到图,(,(,)的电路。进一步为了提高放大倍数,去掉12发射极电阻,,变成图,(,(;)的电路。这样一来,也就没有必要加基极偏置电压。当输入信号为,,时,晶体管处于截止状态,所以集电极就没有必要流过无用的电流———空载电流。因此,如图,(,(,)所示去掉偏置用的R。1为了确保没有输入信号时晶体管处于截止状态,需要保留使基极处于,,,电位的电阻R。但是,图,(,(,)的电路中如果输入信号超过,,(,,,2晶体管基极发射极间的二极管将处于导通状态,就开始有基极电流流过。也就是说,这样的状态不能限制电流,会有非常大的基极电流流过。因此,如图,(,(,)所示还需要插入限制基极电流的电阻R。这样就可以将发射极接地放大3电路变形成开关电路。,(,(,观测开关波形图,(,是上述电路代入了具体数值的实际开关电路,照片,(,是给这个电路输入,,,,、,,的正弦波时的输入输出波形。输入信号是正弦波。P-P但是由于电路的放大倍数足够大,所以输出波形变成了方波。当输入信号电平在,,(,,以下时体管处于截止状态,输出电平是,,,(电源电压)。当超过,,(,,时,晶体管处于导通状态,输出基本上是,,,电平。通常开关电路的输入信号只是控制开关的接通,断开,所以采用与接通,断开电平相对于的二值信号,即方波。经常用,,,或,,,,等数字电路的输出直接控制开关电路。照片,(,是给图,(,的电路输入,,,,、,,,,,,方波时的输入输出波形。由于用,,,,,,的方波使晶体管于接通,断开状态,所以输出波形也是,,,,,,的方波。这个电路可以认为是发射极接地放大电路的变形,所以与放大电路一样,输入输出信号的相位是反转的。从照片,(,看到的输入输出波形简直就是数字电路中倒相器(,,,电路)的输入输出波形。所以这个电路可以作为倒相器使用。但是,为了能够像数字,,那样高速动作还需要作一些改进。这将在后面介绍。如果电源设置为,,,,,由于输入信号是,,,,,,的,,,,(,,,)电平,所以可以作为向,,,,,,,的,,,,电平变换的逻辑电平变换电路。当然反过来也可以由,,,,,,,变换为,,,,,,。,(,(,如果集电极开路图,(,的电路中集电极连接着负载电阻,。如图,(,所示,当不连接负载电阻时这个电路的集电极就原封不动地变成输出端。把这个电路叫做开路集电极,它广泛应用于以继电器或灯泡等为外部负载的开关电路。如图,(,所示,在使用,,,晶体管的电路中,如果在电位高于,,,的电源与集电极(输出端)之间连接负载,这时就像是吸入负载电流。在使用,,,晶体管的电路中,如果在比正电源电位低的电源(在图,(,(,)中是,,,)与集电极间连接负载,这时就像负载电流在流出。因此,这个开路集电极能够接通,断开负载电流而与负载连接几伏的电源没有关系,所以是一个对于开关外部负载非常方便的电路。,(,发射极接地型开关电路的设计上面图,(,所示电路的设计指标如下。输入采用,,,,,,的,,,,,系列,,,,逻辑电路的信号,接通,断开,,,的负载电流(,,,电源上连接R,,,Ω)。,,(,(,开关晶体管的选择由于负载电流(集电极电