晶体管开关电路设计报告

xxx大学

开放性实验报告

（A类）

项目名称：三极管开关电路设计实验室名称：创新实验室

学生姓名：xxxxxxxx

创新实验项目报告书 实验名称

三极管开关电路设计 日期 xxx 姓名 xxx 专业 xxx

一、实验目的（详细指明输入输出）

1.最大开关频率≥10KHz（不加输出负载）；

2.其输出用以控制继电器的通断（输入信号1Hz）；

3.有效输入控制电压Vin≤0.7V 或Vin≥

4.3V；

4.设计两种开关电路：高电平饱和导通、低电平饱和导通。

二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页)

晶体管开关电路可以有两种，分别是共射开关电路，共集电极开关电路。 共射开关电路的NPN 型晶体管电路如下图所示：

当V IN >V ON 时，晶体管基极-发射极导通，有电流流过集电极，又晶体管发射

级接地，晶体管工作在饱和区，流过集电极电流很大，V CE 很小，相当于把集电

极-发射极的一个“开关”闭合了一样，从而形成开关动作；

共集电极开关电路的NPN 型晶体管电路如下图所示：

当V BE >V ON 时，晶体管基极-发射极导通，有电流流过集电极和发射极，此时

将信号从发射极电阻取出，可以得到总比基极电压小0.7V 的电压值，于是，当基极输入标准的TTL 电平的时候，NPN 共集电极开关电路从集电极可以得到0.7V 和5V 的电压。还有一点，由于共集电极晶体管电路输出电压同输入电压同向，可以消除米勒效应的影响，因此共集电极开关电路的开关频率大大优于共射极

开关电路。

综上，我们本次试验选择共集电极开关电路作为实验电路。

三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细）

a)确定元件型号，查找相关资料，设计最初的设计原理图。

由于手头上只有8050和8550型晶体管，而此次开关电路设计要求对晶体管并不苛刻，因此直接拿8050和8550作为本次试验所用的晶体管。

原理图如下图所示：

b)在仿真软件上进行仿真。

按照原理图搭建仿真电路，仿真结果如下图所示：

仿真结果中，输入5V正弦波给予2.5V偏置以便观察共集开关电路的特性。在仿真结果中可以看到，当输入电压大于4.4V时，管子基极-发射极关断，从射极电阻取出的电压直接为V

——在这里为5V。

CC

c)按照电路原理图焊接电路板。

首先对元器件布局，而后粗略加锡使元件固定在板子上，而后补锡进一步焊牢元件，而后按照原理图走锡完成对电路的焊接。

d)对电路板进行调试，并进行改进。

的方波信号作为信号输入，分别对高电 我们取输入频率为100KHz，5V

PP

平饱和导通，低电平饱和导通开关电路进行测试。测试波形如下图所示：

低电平饱和导通：

高电平饱和导通：

可以看到，共集电极开关电路即使在100KHz的频率下依旧表现的很好。

四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析）

首先我们继续探求共集电极开关电路的开关频率，看一看这个实验电路的开关极限频率是多少。

下图黄色波形的是输入信号为函数信号发生器显示5V PP-100KHz方波的输出信号波形，可以看到，此时开关电路表现先较好，基本可以满足使用需要；

下图黄色波形的是输入信号为函数信号发生器显示5V PP-200KHz方波的输出信号波形，可以看到，此时开关电路在下降沿后出现了波形震荡，但此时也基

本可以满足使用要求。

下图黄色波形的是输入信号为函数信号发生器显示5V PP-600KHz方波的输出信号波形，可以看到，此时开关电路在下降沿处的震荡进一步加剧，此时输出的

方波已无法满足实用要求了。

下面我们测试开关电路的有效输入控制电压。

鉴于使用方波测试开关电路的有效输入控制电压使用方波作为输入波形其实不太明了。而使用正弦波来测试开关电路的有效输入控制电压则明了很多。因此我们用输入正弦波的方法来测量开关电路有效输入控制电压

下图的正弦输入信号加了2.5V的直流偏置，用于直观地观察开关电路的有效控制电压。

可以看到，在V IN>4.560V时，输出电压便被拉至V CC，此时三极管是截止状态，即有效控制电压为4.56V。

下图的正弦输入信号加了2.5V的直流偏置，用于直观地观察开关电路的有效控制电压。

可以看到，在V IN<0.560V时，输出电压被拉至零电位，此时三极管是截止状态，即有效控制电压为0.56V

五、实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）

共集电极开关电路拥有频率特性好，搭建电路所需元件少等优点。相较于共射极开关电路，共集电极开关电路开关频率能超过共射极开关电路一个数量级。而且共射极开关电路需要加速电容、肖特基二极管等额外原件加速器开关速率，增加了电路的复杂性，共集电极开关电路相较于它来说可靠性更好。

在实验中我发现，当开关频率高了之后，在输出方波下降沿后会出现较为严重的震荡，如下图所示。

我没有弄清楚他的原因，日后学习过程中会对其额外留意。 注意：

1、实验报告正文内容需达到3页以上；

2、可以添加加附录；

3、实验报告应加强对实验过程的说明。