开关控制电路整理

1：蜂鸣器控制电路无源蜂鸣器。

当BUZZ为高电平时，三极管T1 （三极管N型）导通, 蜂鸣器响，低电平蜂鸣器不响。

R5作用是限流。

图：1. 1
下面电路增加了电容C18和反向二极管D2.作用是滤波和阻止反向。

二极管的反向击穿电压很高。

一般小功率三极管触发电压很低，0.7V,电流也很小，一般不到1UA.
图 1.2：
2:10控制电源开关是否导通。

利用三极管和M0S管。

MOS： M0SFET管式FET的一种，可以被制作成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共四种，但实际应用的只有增强型的N沟道M0S管和增强型的P沟道M0S管，NMOS, PM0S。

对于这两种增强型的M0S管，常用的是NM0S,特点是导通电阻小，开关电源和马达驱动的引用都是它。

导通条件：
NM0S：当Vgs大于一立的数值时，就导通；PM0S：当Vgs小于一泄的数值时，就导通。

开关损耗：
不管是NM0S还是PM0S,导通后都有导通电阻存在，产生损耗必然的，现在的M0S管导通电阻一般都是几十亳欧姆。

MOS 管AO3401： P-channel Enhancement Mode Field Effect Transistor
导通条件：一般不要超过・12V即可对于AO3401来说。

下而是对不同的压差对应的阻抗值:
V DS (V) = -30V
I D=-4.2A(V GS =-10V)
R DS(ON)v 50m。

(V GS = -10V)
R DS(ON)v 65mQ N GS = -4.5V)
R DS(ON)< 120mQ (V^s = -2.5V)
下而是开关控制电路在工程中的应用：
1：通过一个10管脚控制电源是否导通。

TO-236 (SOT-23) Top View
2：下面是两个MOS管3401,没有加入开关控制，只是上电后, VDD就等于输入电压。

此时可以两路供电，如果J5没有输入电压，由VBUS供电，经过F1输出5V电压。

下面电路可以把R10换成开关，Q201是始终导通状态，内部二极管压降是0.5V左右。

注意：两个三极管方向是不同的，Q200左边是S,右边是D； Q201左边是D,右边是s。

当J5有电压时，Q200导通，Q201也满足导通条件，压降由0. 5V变为0. IV。

具体详解在下一节。

3： 一种利用稳压管和MOS 管构成的稳压电路。

说明：
VCC 既可以来自左边的VDD5V_Control,也可以来自PC 的PS2 口供电 VpcJN,哪个
电压高，釆用哪个。

■D40 MBRO^
Vpc IN
当PS2 口供电时左边为5V,右边4.5V 左右，能满足机具电压要求，当PS2 口 断电时，机具能够正常工作。

为了降低PS2 口的电爪降，决定采用下面电路：
TO GND
D401
MBR0530 H
ycc
C401 — lOuF/10%
稳压电路的测量:
（4.5V左右），电流不能山机具流向PS2 口。

采用上面参数测试记录：
1： MOS管内部的二极管压降为0.6V左右。

2：稳爪管的漏电流可以使三极管导通。

PN结0.6V左右就可以导通。

得出两个结论.
1：输入电压在3.3V时，三极管就导通，说明电阻R436太大，需要减小。

2：稳压管的漏电流随着输入电压的升高而升高，但是当两端电压达到3.9V时, 电流应该大于1毫安。

为了保证输入电压在5V左右能够使它稳压，必须提高电流，降低电阻，而且当输入电压低于4.7V时，必须关断三极管。

最后两行说明：
能够满足当PS2输入电压在【4.6-5V］能够满足稳压的效果。

然后进一步把大键盘吊接到机具中，当机具电源断掉时，大键盘能够正常工作。

当机具电源工作时也能正常工作。

检测发现还有如下问题：
1：质检测试发现终端机无法关机，经测试发现当终端机器关机时，Vpcjn处仍有电压，VCC (4.84V)通过Q411,导致Vpcjn点有电压(4.8V),此时D405 压降为0.3V左右。

当VpcJN突然断电时，加具供电VCC存在，而且断电瞬间, 三极管是导通的，所有VCC 会倒灌入终端，三极管永远打开状态。

2：导致采用PS2 口供电电压的范圉不容易确定，就是说终端电圧多大时，此电路正向导通，同时终端断电时，Vpc_IN电压必须小于某个值才能防止三极管
Q412导通。

上面的电路不对。

Vgs 偏小。

对于单片机PWM 驱动高压的M0S （饱和导通时VGS 接近10V ）,要考虑以下 问题：
1 •电平转换，单片机输出高电平不超过5V, —般VGS 取12-15V,所以驱动 电路要有电平转换能力。

2•相位转换，上面说过M0S 是当作反相器，所以要根据负载所需的相位和单 片机输岀相位进行转换。

如要求单片机输出高电平时M0S 导通，驱动电路就 要求是同相的。

3•开关频率，不同的驱动电路对具有不同的频率响应，对于高达1.5M 的开 关频率来说，用普通三极管的简单自搭电路是很难达到要求的，基本要选择 专门的驱动IC 。

还有，一般光耦是不可以在儿十K 以上的频率工作于开关 状态，如要隔离，6N137是比较好的，还有专门带光隔和驱动的光耦，当 1. 5M 还是达不到。

4,驱动电流。

虽然M0S 在静态时基本不消耗驱动功率，但他的输入是容性 的，为了尽快打开开关，减少开关损耗，需要用最快的速度向Cgs 充电，所 以驱动电路都有一个非常重要的参数就是峰值驱动电流，如200MA,
600MA, 1A, 2A, 4A, 6A.
.5
：：：
：：：
■
-12V -・ o
..................... >R2 .................
LOAD ；〕
：
2N5551
例子如下： 说明：
IRF530 特点：Vgs max 正负 20V, —般 VGS 取 12-15V 比较好。

....................................
阳；；
2.2kQ ：::
TO1
:
101
丿 冷
VM 凡 、 + -
3 ...............
D1
1N4739A
5, 驱动电路的工作电压，一般VGS最大值不可以超过20V,所以驱动电路的工作电压不要超过18V为好，向上面的电路，需要再加一个15V的电压，当然也可以从40V降压。

6. DV/DT问题，由于MOS在高的DV/DT下容易损坏,电磁干扰也会增加。

为了解决这些问题，有时需要可以加长驱动电路输出的上升/下降时间，简单的方法是加个小电阻在驱动输岀和G极间。

3：信号间电平转换。

3. 1串口电平转换3. 3V与5V之间的高低电平转换。

vcc
（图1）
可能存在的问题: 假设串口速率采用113200那么高，低电平的时间为8. 68us,上述电路应该采用高频管（开关时间短一反应快）的三极管，2N3904满足。

而9018不满足，时间测量如下：
采用9018时（3Y向3.3转换）.信号浊形如下：明显看到侑号的上升沿和下降沿的佶号祗时。

采用9018时，佶号上升沿转换延时:640ns
采用90L8时,信号下降沿转换延时:2us
采用9018时，R401更换为lk 后,信号下降沿转换延时：l ・44us.改变还不能满足波特率的要求。

测试输入信号TXD1和Q401基极信号，发现基极电压不能立即卜•降，好像基极对地何一个很犬的电容 一样。

这里考虑是否基极的电容影响，经資看9018的数据于册，基极电容为1.7pF,很小，不足以产生这 样长的放电时间。

\国5
».戲为勤电容放电，勤电容对地接5・lk 电腺电,有756•城在2us 时间放电电压下降为
662.5mV,
t=R*C*ln(V0/Vt)4
C=t/R*ln(YO/Vt) =0.000002/5100*ln(756.3/662.5) =2962P F,
繚显然与9018的馳劄啄这里駆需期分析(2962pF 仿真驟舲炯电路
)
（图
7）
为了让Q401的基极电压快速降卜•來.在R401上并联200pF （电容小时不足以抵消基极得2us延时）瓷片电容，结果液形如下
（图
8）
采用2X3904C 时.信号波形如卜I 完全满足电平转换的要求。

（图9〉
电平转换最好的方式是使用门电路，0C 门，这里用普通门电路74HC00作了测试，匕升沿和卜降沿延时祁小 上升沿延时7ns
3.1基本三极管开关之改进电路
有时候，我们所设定的低电压准位未必就能使三极管开关截止，尤其当输 入准位接近0.6伏特的时候更是如此。

想要克服这种临界状况，就必须采取修 正步骤，以保证三极管必能截止。

图6就是针对这种状况所设计的两种常见之 改良电路。

于 10ns 。

vcc
<10K
uru
14( )4(*
i
9
rr
3 —
8
—«
)
1 0
丿
MHCO O
(图 14)
图6确保三极管开关动作，正确的两种改良电路
图6 （a）的电路，在基射极间串接上一只二极管，因此使得可令基极电流导通的输入电压值提升了0.6伏特，如此即使Vin值由于信号源的误动作而接近0・6伏特时，亦不致使三极管导通，因此开关仍可处于截止状态。

图6 （b）的电路加上了一只辅助■截止（hold・off）电阻R2,适当的R1, R2及Vin值设计，可于临界输入电压时确保开关截止。

由图6 （b）可知在基射极接面未导通前（IB0） , R1和R2形成一个串联分压电路，因此R1必跨过固定（随Vin而变）的分电压，所以基极电压必低于Vin值，因此即使Vin 接近于临界值（Vin=0.6伏特），基极电压仍将受连接于负电源的辅助•截止电阻所拉下，使低于0.6伏特。

山于Rl, R2及VBB值的刻意设计，只要Vin在高值的范圉内，基极仍将有足够的电圧值可使三极管导通，不致受到辅助•截止电阻的影响。

3.1.1加速电容器
在要求快速切换动作的应用中，必须加快三极管开关的切换速度。

图7为一种常见的方式，此方法只须在RB电阻上并联一只加速电容器，如此当Vin 山零电压往上升并开始送电流至基极时，电容器山于无法瞬间充电，故形同短路，然而此时却有瞬间的大电流山电容器流向基极，因此也就加快了开关导通的速度。

稍后，待充电完毕后，电容就形同开路，而不影响三极管的正常工作。

图7加了加速电容器的电路
一旦输入电压山高准位降回零电压准位时，电容器会在极短的时间内即令基射极接面变成反向偏压，而使三极管开关迅速切断，这是山于电容器的左端原已充电为正电压，因此在输入电压下降的瞬间，电容器两端的电压无法瞬间改变仍将维持于定值，故输入电压的下降立即使基极电压随之而下降，因此令基射极接面成为反向偏圧，而迅速令三极管截止。

适当的选取加速电容值可使三极管开关的切换时间减低至儿十分之微秒以下，大多数的加速电容值约为数百个微微法拉（pF） o
有时候三极管开关的负载并非直接加在集电极与电源之间，而是接成图8 的方式，这种接法和小信号交流放大器的电路非常接近，只是少了一只输出耦合电容器而已。

这种接法和正常接法的动作恰好相反，当三极管截止时，负载获能，而当三极管导通时，负载反被切断，这两种电路的形式都是常见的，因此必须具有清晰的分辨能力。

图8将负载接于三极管开关电路的改进接法
晶体管开关最常见的应用之一，是用以驱动指示灯，利用指示灯可以指示电路某特定点的动作状况，亦可以指示马达的控制器是否被激励，此外亦可以指示某一限制开关是否导通或是某一数字电路是否处于高电位状态。

举例而言，图10(3)即是利用晶体管开关来指示一只数字正反器(flip・ flop)的输出状态。

假使正反器的输出为高准位(一般为5伏特)，晶体管开关便被导通，而令指示灯发亮，因此操作员只要一看指示灯，便可以知道正反器目前的工作状况，而不须要利用电表去检测。

有时信号源(如正反器)输岀电路之电流容量太小，不足以驱动晶体管开关，此时为避免信号源不胜负荷而产生误动作，便须采用图10 (b)所示的改良电路，当输岀为高准位时，先驱动射极随耦晶体管Q1做电流放大后，再使Q2导通而驱动指示灯，山于射极随耦级的输入阻抗相当高，因此正反器之须要提供少量的输入电流，便可以得到满意的工作。

数字显示器图io (a)之电路经常被使用于数字显示器上。

图10 (a)基本电路图(b)改良电路
分析：如果FREOF 是尚电平5V 的话，输Hl FREOUT 应该是1・3K 赫兹左右的方波, 波形如下:C39左边和C41右边输出都是1. 3K 左右的方波,并且一高一低。

关于RC 充放电实验：
下图中，输入为1Hz 的方波信号，截取C3左侧波形如下：大约为4ms 能够充满 电。

理论计算为：充电和放电的原理一样，先求充放电常数TC 二RC,单位是欧姆和
Fo
下述电路TC=lK*luf=lms 通常情况下3TC 即可达到0. 95E,及4. 75V,所以 3ms 就可以达到4. 75V,
和波形图相符合。

vcc
下图是简单的控制电路：
当KSEL 为高电平时，KCLK1与KCLKO 直通，KDAT1与KDATO 直通。

为低电平时，不通。

XFG2
n-Ti OI
aerre<>
-S»MV •5»»v OV
*■ - tr<vw
rwMfwU A
T»W
&>x<
f
、入
3 5 g
皿M Q_
_] 5_
I v
E AM
a* AB
AC 0 K
1 X 0 x{・
g E >*y.
>*»e。