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電路圖講解:一個實用的三極管開關(guān)電路

發(fā)布時間:2015-10-19 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】開關(guān)三極管的外形與普通三極管外形相同,它工作于截止區(qū)和飽和區(qū),相當(dāng)于電路的切斷和導(dǎo)通。三極管開關(guān)電路作為功率管的控制應(yīng)用廣泛。這里對一個實用開關(guān)電路中的各元器件作用作具體分析。
 
三極管開關(guān)控制電路:
 
 
上圖是一個小功率三極管控制大功率三極管(達(dá)林頓管)開關(guān)電路。
 
控制信號通過控制小功率三極管的開關(guān)來控制大功率管Q1的開關(guān)。
 
原理分析
 
三極管開關(guān)電路的基本原理就是控制三極管工作在截止區(qū)和飽和區(qū)工作。電路設(shè)計原則等不作贅述,一般的三極管電路參考書籍有介紹。在這里也只討論圖中這些阻容元器件的作用,不討論其取值計算(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(guān)斷狀態(tài)時基極電荷,讓Q2在低電平時保持截止?fàn)顟B(tài);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Q(mào)2的開關(guān)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Q(mào)2的開關(guān)速度,延長Q2的壽命以及電路整體的性能,此為正反饋。
 
下面主要解釋下C2的作用,其余的元器件作用,相信有一定三極管電路基礎(chǔ)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:控制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(qū)—》放大區(qū)—》飽和區(qū)變化,從而使三極管從關(guān)斷狀態(tài)(截止)變?yōu)殚_通狀態(tài)(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,控制端從高電平變?yōu)榈碗娖竭^程中,通過R3對基極電荷的泄放,加速控制三極管從飽和區(qū)—》放大區(qū)—》截止區(qū)變化,并最終變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。
 
再來看看加上C2后的電路工作情況。來看由Vcc、R4、C2、R3、GND構(gòu)成的回路:當(dāng)電路沒有控制激勵的情況下(Control端低電平),Vcc給電容C2充電,C2和R4連接端的電位為Vcc;當(dāng)控制激勵從低電平向高電平轉(zhuǎn)換的過程中,由于基極端電位上升,導(dǎo)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,其余靠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(zhuǎn),大小約為0.7(VBE)-0.3(VCEsat)V;反過來,控制端從高電平變?yōu)榈碗娖竭^程中,由于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(dǎo)致三極管集電極與發(fā)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(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。所以,C2在這里確實起到了加速開關(guān)的作用。
 
但問題又出來了,這個電路實際應(yīng)用到我產(chǎn)品上所需要的頻率僅僅是幾百赫茲,對于毫秒級的應(yīng)用,出來的開關(guān)波形根本不會有延時,按道理無需另加加速電容,這是怎么回事?這里要感謝IR公司的白師兄給我的釋疑:這里加速電容的作用并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(qū)和飽和區(qū)功耗最小,而在放大區(qū)功耗最大,原因是截止區(qū)VCE大、ICE極小,飽和區(qū)ICE大、VCE很小(等于飽和導(dǎo)通電壓VCEsat),而放大區(qū)是大電壓大電流;加速開通和關(guān)斷時間就是為了讓開關(guān)三極管快速穿越大功耗區(qū)(線性放大區(qū))而進(jìn)入到小功耗區(qū)(截止區(qū)和飽和區(qū)),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(yīng)用在開關(guān)電路持續(xù)開關(guān)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Q(mào)2的開關(guān),來降低管耗,延長壽命。
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