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開(kāi)關(guān)三極管工作原理詳解

時(shí)間:2019-01-30 17:22:42來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)

導(dǎo)語(yǔ):?開(kāi)關(guān)三極管(Switch transistor)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。由于它具有完成斷路和接通的作用,被廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)關(guān)電路中,如常用的開(kāi)關(guān)電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、高頻振蕩電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、脈沖電路及輸出電路等。

開(kāi)關(guān)三極管(Switchtransistor)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。由于它具有完成斷路和接通的作用,被廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)關(guān)電路中,如常用的開(kāi)關(guān)電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、高頻振蕩電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、脈沖電路及輸出電路等。

開(kāi)關(guān)三極管

負(fù)載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間,而位居三極管主電流的回路上,輸入電壓Vin則控制三極管開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟(open)與閉合(closed)動(dòng)作,當(dāng)三極管呈開(kāi)啟狀態(tài)時(shí),負(fù)載電流便被阻斷,反之,當(dāng)三極管呈閉合狀態(tài)時(shí),電流便可以流通。

詳細(xì)的說(shuō),當(dāng)Vin為低電壓時(shí),由于基極沒(méi)有電流,因此集電極亦無(wú)電流,致使連接于集電極端的負(fù)載亦沒(méi)有電流,而相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟(關(guān)閉狀態(tài)),此時(shí)三極管乃工作于截止(cutoff)區(qū)。

開(kāi)關(guān)三極管

同理,當(dāng)Vin為高電壓時(shí),由于有基極電流流動(dòng),因此使集電極流過(guò)更大的放大電流,因此負(fù)載回路便被導(dǎo)通,而相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的閉合(連接狀態(tài)),此時(shí)三極管乃工作于飽和區(qū)(saturaTIon)。

開(kāi)關(guān)三極管工作原理

截止?fàn)顟B(tài)

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓,基極電流為零,集電極電流和發(fā)射極電流都為零,三極管這時(shí)失去了電流放大作用,集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài),即為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。開(kāi)關(guān)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)的特征是發(fā)射結(jié),集電結(jié)均處于反向偏置。

開(kāi)關(guān)三極管

導(dǎo)通狀態(tài)

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓,并且當(dāng)基極的電流增大到一定程度時(shí),集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大,而是處于某一定值附近不再怎么變化,此時(shí)三極管失去電流放大作用,集電極和發(fā)射極之間的電壓很小,集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài),即為三極管的導(dǎo)通狀態(tài)。開(kāi)關(guān)三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)的特征是發(fā)射結(jié),集電結(jié)均處于正向偏置。而處于放大狀態(tài)的三極管的特征是發(fā)射結(jié)處于正向偏置,集電結(jié)處于反向偏置。這也是可以使用電壓表測(cè)試發(fā)射結(jié),集電結(jié)的電壓值判定三極管工作狀況的原理。開(kāi)關(guān)三極管正是基于三極管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)工作的。

工作模式

三極管的種類很多,并且不同型號(hào)各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝,常見(jiàn)三極管的外觀,有一個(gè)箭頭的電極是發(fā)射極,箭頭朝外的是NPN型三極管,而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實(shí)際上箭頭所指的方向是表示電流的方向。

雙極面結(jié)型晶體管兩個(gè)類型:NPN和PNP

NPN類型包含兩個(gè)n型區(qū)域和一個(gè)分隔它們的p型區(qū)域;PNP類型則包含兩個(gè)p型區(qū)域和一個(gè)分隔它們的n型區(qū)域。

三極管的開(kāi)關(guān)作用

簡(jiǎn)單三極管開(kāi)關(guān):電路如圖5,電阻RC是LED限流用電阻,以防止電壓過(guò)高燒壞LED(發(fā)光二極管),將輸入信號(hào)VIN從0調(diào)到最大(等分為約20個(gè)間隔),觀察并記錄對(duì)的VOUT以及LED的亮度。當(dāng)三極管開(kāi)關(guān)為斷路時(shí),VOUT=VCC=12V,LED不亮。當(dāng)三極管開(kāi)關(guān)通路時(shí),VOUT=0.2V,LED會(huì)亮。改良三極管開(kāi)關(guān):因?yàn)槿龢O管由截止區(qū)過(guò)度到飽和區(qū)需經(jīng)過(guò)線性區(qū),開(kāi)關(guān)的效果不會(huì)有明確的界線。為使三極管開(kāi)關(guān)的效果明確,可串接兩三極管,電路如圖六。同樣將輸入信號(hào)VIN從0調(diào)到最大(等分為約20個(gè)間隔),觀察并記錄對(duì)應(yīng)的VOUT以及LED的亮度。

三極管開(kāi)關(guān)與機(jī)械式開(kāi)關(guān)的比較

截至目前為止,我們都假設(shè)當(dāng)三極管開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí),其基極與射極之間是完全短路的。事實(shí)并非如此,沒(méi)有任何三極管可以完全短路而使VCE=0,大多數(shù)的小信號(hào)硅質(zhì)三極管在飽和時(shí),VCE(飽和)值約為0.2伏特,縱使是專為開(kāi)關(guān)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的交換三極管,其VCE(飽和)值頂多也只能低到0.1伏特左右,而且負(fù)載電流一高,VCE(飽和)值還會(huì)有些許的上升現(xiàn)象,雖然對(duì)大多數(shù)的分析計(jì)算而言,VCE(飽和)值可以不予考慮,但是在測(cè)試交換電路時(shí),必須明白VCE(飽和)值并非真的是0。

雖然VCE(飽和)的電壓很小,本身微不足道,但是若將幾個(gè)三極管開(kāi)關(guān)串接起來(lái),其總和的壓降效應(yīng)就很可觀了,不幸的是機(jī)械式的開(kāi)關(guān)經(jīng)常是采用串接的方式來(lái)工作的,如圖3(a)所示,三極管開(kāi)關(guān)無(wú)法模擬機(jī)械式開(kāi)關(guān)的等效電路(如圖3(b)所示)來(lái)工作,這是三極管開(kāi)關(guān)的一大缺點(diǎn)。

(1)三極管開(kāi)關(guān)不具有活動(dòng)接點(diǎn)部份,因此不致有磨損之慮,可以使用無(wú)限多次,一般的機(jī)械式開(kāi)關(guān),由于接點(diǎn)磨損,頂多只能使用數(shù)百萬(wàn)次左右,而且其接點(diǎn)易受污損而影響工作,因此無(wú)法在臟亂的環(huán)境下運(yùn)作,三極管開(kāi)關(guān)既無(wú)接點(diǎn)又是密封的,因此無(wú)此顧慮。

(2)三極管開(kāi)關(guān)的動(dòng)作速度較一般的開(kāi)關(guān)為快,一般開(kāi)關(guān)的啟閉時(shí)間是以毫秒(ms)來(lái)計(jì)算的,三極管開(kāi)關(guān)則以微秒(μs)計(jì)。

(3)三極管開(kāi)關(guān)沒(méi)有躍動(dòng)(bounce)現(xiàn)象。一般的機(jī)械式開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通的瞬間會(huì)有快速的連續(xù)啟閉動(dòng)作,然后才能逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)利用三極管開(kāi)關(guān)來(lái)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí),在開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的瞬間,不致有火花產(chǎn)生。反之,當(dāng)機(jī)械式開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí),由于瞬間切斷了電感性負(fù)載樣上的電流,因此電感之瞬間感應(yīng)電壓,將在接點(diǎn)上引起弧光,這種電弧非但會(huì)侵蝕接點(diǎn)的表面,亦可能造成干擾或危害。

L7912ACV負(fù)12V三端穩(wěn)壓塊參數(shù)制造商STMicroelectronics產(chǎn)品種類線性穩(wěn)壓器-標(biāo)準(zhǔn)RoHS是極性Negative輸出端數(shù)量1輸出類型Fixed輸出電壓-12V輸出電流500mA線路調(diào)整率240mV負(fù)載調(diào)節(jié)240mV回動(dòng)電壓(最大值)1.1V最大輸入電壓-19V最大工作溫度+125C最小工作溫度0C封裝。

穩(wěn)壓器L7912ACV-DGhttp://www.dzsc.com/ic-detail/9_2821.html

產(chǎn)品分類:集成電路(IC)>>PMIC-穩(wěn)壓器-線性標(biāo)準(zhǔn)包裝:50穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):負(fù),固定式輸入電壓:可下調(diào)至-35V

穩(wěn)壓器數(shù)量:1

電流-限制(最?。?

安裝類型:通孔

供應(yīng)商設(shè)備封裝:TO-220

輸出電壓:-12V

電壓-壓降(標(biāo)準(zhǔn)):1.1V@1A

工作溫度:0°C~125°C

包裝:管件

電流-輸出:1.5A

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