三極管開關(guān)電路的常用改良措施和應(yīng)用分析

三極管開關(guān)電路作為一種被廣泛應(yīng)用在開關(guān)電路模式，其本身具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定等特性。然而，在實(shí)際運(yùn)用中，工程師也需要依據(jù)環(huán)境要求，對(duì)三極管開關(guān)電路進(jìn)行相應(yīng)的改良，使其更加適合設(shè)計(jì)條件的需要。在今天的文章中，我們將會(huì)為大家分享一些比較經(jīng)常用到的開關(guān)電路改良措施，希望能夠?qū)Ω魑还こ處煹墓ぷ饔兴鶐椭?/p>

在一些對(duì)三極管開關(guān)電路動(dòng)作速度要求較高的環(huán)境，例如通訊領(lǐng)域，要求開關(guān)電路需要具備快速切換動(dòng)作的特性，因此我們也就必須采取相應(yīng)的改良措施，以加快三極管開關(guān)的切換速度。下圖中，圖1為一種常見的切換速度改良方式，此方法只須在RB電阻上并聯(lián)一只加速電容器。因此，當(dāng)Vin由零電壓往上升并開始送電流至基極時(shí)，電容器由于無法瞬間充電，故形同短路，然而此時(shí)卻有瞬間的大電流由電容器流向基極，因此也就加快了開關(guān)導(dǎo)通的速度。稍后待充電完畢后，電容就形同開路，同時(shí)，這樣做還不會(huì)影響三極管的正常工作。

圖1 加了加速電容器的三極管開關(guān)電路

當(dāng)開關(guān)電路采用了這種加入加速電容器的輔助電路后，一旦輸入電壓由高準(zhǔn)位降回零電壓準(zhǔn)位時(shí)，電容器會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)即令基射極接面變成反向偏壓，而使三極管開關(guān)迅速切斷。在這一工作運(yùn)行過程中，三極管開關(guān)之所以能夠快速被切斷，是由于電容器的左端原已充電為正電壓，因此在輸入電壓下降的瞬間，電容器兩端的電壓無法瞬間改變?nèi)詫⒕S持于定值，因此輸入電壓的下降立即使基極電壓隨之而下降，因此令基射極接面成為反向偏壓，而迅速令三極管截止。適當(dāng)?shù)倪x取加速電容值可使三極管開關(guān)的切換時(shí)間減低至幾十分之微秒以下，大多數(shù)的加速電容值約為數(shù)百個(gè)微微法拉（pF）。

在使用這種加入加速電容器的輔助電路，為三極管開關(guān)電路加快切斷速度時(shí)，有一個(gè)需要注意的問題是，有的時(shí)候三極管開關(guān)的負(fù)載并非直接加在集電極與電源之間，而是會(huì)接成圖2的方式。從圖2中我們可以看到，這種接法和小信號(hào)交流放大器的電路非常接近，只是少了一只輸出耦合電容器而已。這種接法和正常接法的動(dòng)作恰好相反，當(dāng)三極管截止時(shí)，負(fù)載獲能，而當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載反被切斷，這兩種電路的形式都是常見的，因此工程師需要綜合判斷自己所采取的加速設(shè)置是否符合當(dāng)前電路設(shè)計(jì)的需要。

圖2 將負(fù)載接于三極管開關(guān)電路的改進(jìn)接法

還有一種情況是三極管開關(guān)電路在應(yīng)用過程中比較經(jīng)常遇到的。我們假設(shè)在圖2中的三極管開關(guān)加上了電容性負(fù)載（假定其與RLD并聯(lián)），那么在三極管截止后，由于負(fù)載電壓必須經(jīng)由RC電阻對(duì)電容慢慢充電而建立，因此電容量或電阻值愈大，時(shí)間常數(shù)便愈大，而使得負(fù)載電壓之上升速率愈慢。然而，在某些應(yīng)用中，這種現(xiàn)象是不允許存在的，因此在面對(duì)這種情況時(shí)我們就必須采用圖3所提供的圖騰式改良電路進(jìn)行改良設(shè)計(jì)了。

圖3 圖騰式三極管開關(guān)電路

首先來解釋一下圖騰式電路的含義。所謂的圖騰式電路，指的是將一只三極管直接迭接于另一個(gè)三極管之上所構(gòu)成的電路模式，這一電路也因該種結(jié)構(gòu)而得名。在圖騰式電路中，如果想要讓負(fù)載獲能，那就必須使Q1三極管導(dǎo)通，同時(shí)使Q2三極管截?cái)?，這樣一來負(fù)載便可經(jīng)由Q1而連接至VCC上。如果想要使負(fù)載去能，必須使Q1三極管截?cái)?，同時(shí)使Q2三極管導(dǎo)通，如此負(fù)載將經(jīng)由Q2接地。由于Q1的集電極除了極小的接點(diǎn)電阻外，幾乎沒有任何電阻存在，如上圖圖3所示，因此負(fù)載幾乎是直接連接到正電源上的，也因此當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，就再也沒有電容的慢速充電現(xiàn)象存在了。所以可說Q1將負(fù)載拉起，而稱之為“挽起三極管”，Q2則稱為拉下三極管。

在上圖圖3所提供的圖騰式三極管開關(guān)電路中，我們可以看到，該電路系統(tǒng)左半部的輸入控制電路，負(fù)責(zé)Q1和Q2三極管的導(dǎo)通與截?cái)嗫刂?，但是必須確保Q1和Q2使不致同時(shí)導(dǎo)通，否則將使VCC和地之間經(jīng)由Q1和Q2而形同短路，果真如此，則短路的大電流至少將使一只三極管燒毀。因此圖騰式三極管開關(guān)絕對(duì)不能采用并聯(lián)方式來使用，否則只要圖騰上方的三極管Q1群中有任一只導(dǎo)通，而下方的Q2群中又恰好有一只導(dǎo)通，電源便經(jīng)由導(dǎo)通之Q1和Q2短路，而造成嚴(yán)重的后果。

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