简单学电路——三极管开关电路图原理及设计详解

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发消息只看楼主更多操作楼主发表于: 2011-03-11

三极管开关电路图原理及设计详解

晶体管开关电路（工作在饱和态）在现代电路设计应用中屡见不鲜，经典的74LS，74ALS等集成电路内部都使用了晶体管开关电路，只是驱动能力一般而已。

TTL晶体管开关电路按驱动能力分为小信号开关电路和功率开关电路；按晶体管连接方式分为发射极接地（PNP晶体管发射极接电源）和射级跟随开关电路。

1. 发射极接地开关电路

1.1 NPN型和PNP型基本开关原理图：

上面的基本电路离实际设计电路还有些距离：由于晶体管基极电荷存储积累效应使晶体管从导通到断开有一个过渡过程（当晶体管断开时，由于R1的存在，减慢了基极电荷的释放，所以Ic不会马上变为零）。也就是说发射极接地型开关电路存在关断时间，不能直接应用于中高频开关。

1.2 实用的NPN型和PNP型开关原理图1（添加加速电容）：

解释：当晶体管突然导通（IN信号突然发生跳变），C1瞬间短路，为三极管快速提供基极电流，这样加速了晶体管的导通。当晶体管突然关断（I N信号突然发生跳变），C1也瞬间导通，为卸放基极电荷提供一条低阻通道，这样加速了晶体管的关断。C通常取值几十到几百皮法。电路中R2是为了保证没有IN输入高电平时三极管保持关断状态；R4是为了保证没有IN输入低电平时三极管保持关断状态。R1和R3是基极电流限流用。

1.3 实用的NPN型开关原理图2（消特基二极管钳位）：

解释：由于消特基二极管Vf为0.2至0.4V比Vbe小，所以当晶体管导通后大部分的基极电流是从二极管然后通过三极管到地的，这样流到三极管

基极的电流就很小，积累起来的电荷也少，当晶体管关断（IN信号突然发生跳变）时需要卸放的电荷少，关断自然就快。

1.4 实际电路设计

在实际电路设计中需要考虑三极管Vceo,Vcbo等满足耐压，三极管满足集电极功耗；通过负载电流和hfe（取三极管最小hfe来计算）计算基极电阻（要为基极电流留0.5至1倍的余量）。注意消特基二极管反向耐压。

2. 发射极跟随开关电路

解释：发射极跟随的优点就是开关速度快，可应用于中高频信号的开关；R 2不能太，大了电路容易受干扰；当然也不能太小，否则白白浪费前级的驱动能力。基极不需要限流电阻了，因为负载电流除以hfe就是基极电流，三极管会自动向上级所取这么大的电流。

3. 功率开关电路

上面说到的开关电路适用于小功率开关，当负载电流较大时，有两个办法解决：一是选择高hfe管，这样就利于前级提供基极电流；另外一个办法就是使用达林顿连接方式把两个三极管串起来，这样hfe=hfe1*hfe2，也利于前级提供基极电流。

使用达林顿连接方式时请注意：基极和发射极电位差1.2至1.4伏；计

算后管集电极功耗时使用的管压降不再是它的Vce(sat)而是它的Vbe，也就是0.6至0.7伏。

4. 总结

晶体管开关电路牵涉内容丰富，这里不可能一一讨论，例如三极管弥勒效应引起开关动作的暂态等，望大家与我共勉，从实践中多积累多总结。