三極管的開關(guān)電路
發(fā)布時間:2013/5/22 21:22:28 訪問次數(shù):3026
在實際電路中,除了使用三極管DS4-S-24V放大電路之外,還經(jīng)常用到三極管開關(guān)電路。三極管開關(guān)電路在電路中通常用作電子開關(guān)。工作在開關(guān)狀態(tài)下的三極簪處于兩種狀態(tài),即飽和(導通)狀態(tài)和截止狀態(tài)。
三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中具有的特性稱為三極管的動態(tài)特性。三極管與二極管一樣,內(nèi)部也存在著電荷的建立與消失過程。因此,飽和與截止兩種狀態(tài)也需要一定的時間才能完成。
為了對三極管的瞬態(tài)過程進行定量描述,通常引入以下幾個參數(shù)來表征。
延遲時間幻:從+Ub2加入到集電極電流fc上升到。所需要的時間。當三極管處于截止狀態(tài)時,發(fā)射極反偏,空間電荷區(qū)比較寬。當輸入信號跳變到+U2時,由于發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)仍保持在截止時的寬度,故發(fā)射區(qū)的電子還不能立即穿過發(fā)射結(jié)到達基區(qū)。這時,發(fā)射區(qū)的電子進入空間電荷區(qū),使空間電荷區(qū)變窄,然后發(fā)射區(qū)開始向基區(qū)發(fā)射電子,三極管開始導通。
上升時間矗:上升到0.9厶。所需的時間。發(fā)射區(qū)不斷向基區(qū)注入電子,電子在基區(qū)積累,并向集電區(qū)擴散形成集電極電流fc。隨著基區(qū)電子濃度的增加,fc不斷增大。
存儲時間毛:從輸入信號- Ub2到fc降到0.9。所需的時間。經(jīng)過上升時間后,集電極電流繼續(xù)增加到,這時由于進入了飽和狀態(tài),集電極收集電子的能力減弱,過剩的電子在基區(qū)不斷積累起來,稱為超量存儲電荷,同時集電區(qū)靠近邊界處也積累起一定的空穴,集電結(jié)處于正向偏置。
當輸入電壓碥由+U2跳變到-U]時,上述的存儲電荷不能立即消失,而是在反向電壓作用下產(chǎn)生漂移運動而形成反向基極電流,促使超量存儲電荷泄放;在存儲電荷消失前,集電極電流維持厶。不變,直至存儲電荷全部消散,三極管才開始退出飽和狀態(tài),fc開始下降。
下降時間下降到O.l/e。所需的時間。在基區(qū)存儲的多余電荷消失后,基區(qū)中的電子在反向電壓的作用下越來越少,集電極電流fc也不斷減小,并逐漸接近于0。
上述四個參數(shù)被稱為三極管的開關(guān)時間參數(shù)。它們都以集電極電流fc變化為基準。
通常把to。=td+ tr稱為開通時間,它反映了三極管從截止到飽和所需的時間;把f。ff= ts +tf稱為關(guān)閉時間,它反映了三極管從飽和到截止所需的時間。
開通時間和關(guān)閉時間總稱為開關(guān)時間。它隨三極管的類型不同而有很大差別,一般在幾十納秒至幾百納秒的范圍。
以NPN型三極管來說,當三極管的基極有一個高電平時,則三極管飽和導通。這時三極管集電極與發(fā)射極之間的電阻很小,發(fā)射極電壓基本上等于集電極電壓,就像開關(guān)閉合一樣;當三極管的基極有一個低電平時,三極管截止。這時,三極管集電極與發(fā)射極之間的電阻很大,集電極電壓近似等于電源電壓,發(fā)射極電壓近似等于OV。三極管的截止和導通狀態(tài)工作示意圖如圖5-29所示。
共發(fā)射極放大電路只要稍經(jīng)修改便可用作開關(guān)電路。如圖5-30所示即為一個采用三極管控制燈泡亮、滅的開關(guān)電路。
在圖5-30中,控制信號為一個脈沖信號,脈沖的高度為Ubb(大于0.7V)。當脈沖信號的高度Ul為OV時,fh=0三極管工作在截止區(qū),同時t =O,沒有電流流過燈泡,燈泡不亮。這時Ue=Ucc(燈泡兩端的壓降為0)。
當脈沖信號的高度U變?yōu)閁bb時,fb=(Ubb-0.7V)/Rb。這時三極管的偏壓可能在放大區(qū)也可能在飽和區(qū),無論如何,燈泡中總有電流流過,所以燈泡是亮的。只要礬在O~Ubb之間切換,就可以控制燈泡亮或不亮。
在實際電路中,除了使用三極管DS4-S-24V放大電路之外,還經(jīng)常用到三極管開關(guān)電路。三極管開關(guān)電路在電路中通常用作電子開關(guān)。工作在開關(guān)狀態(tài)下的三極簪處于兩種狀態(tài),即飽和(導通)狀態(tài)和截止狀態(tài)。
三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中具有的特性稱為三極管的動態(tài)特性。三極管與二極管一樣,內(nèi)部也存在著電荷的建立與消失過程。因此,飽和與截止兩種狀態(tài)也需要一定的時間才能完成。
為了對三極管的瞬態(tài)過程進行定量描述,通常引入以下幾個參數(shù)來表征。
延遲時間幻:從+Ub2加入到集電極電流fc上升到。所需要的時間。當三極管處于截止狀態(tài)時,發(fā)射極反偏,空間電荷區(qū)比較寬。當輸入信號跳變到+U2時,由于發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)仍保持在截止時的寬度,故發(fā)射區(qū)的電子還不能立即穿過發(fā)射結(jié)到達基區(qū)。這時,發(fā)射區(qū)的電子進入空間電荷區(qū),使空間電荷區(qū)變窄,然后發(fā)射區(qū)開始向基區(qū)發(fā)射電子,三極管開始導通。
上升時間矗:上升到0.9厶。所需的時間。發(fā)射區(qū)不斷向基區(qū)注入電子,電子在基區(qū)積累,并向集電區(qū)擴散形成集電極電流fc。隨著基區(qū)電子濃度的增加,fc不斷增大。
存儲時間毛:從輸入信號- Ub2到fc降到0.9。所需的時間。經(jīng)過上升時間后,集電極電流繼續(xù)增加到,這時由于進入了飽和狀態(tài),集電極收集電子的能力減弱,過剩的電子在基區(qū)不斷積累起來,稱為超量存儲電荷,同時集電區(qū)靠近邊界處也積累起一定的空穴,集電結(jié)處于正向偏置。
當輸入電壓碥由+U2跳變到-U]時,上述的存儲電荷不能立即消失,而是在反向電壓作用下產(chǎn)生漂移運動而形成反向基極電流,促使超量存儲電荷泄放;在存儲電荷消失前,集電極電流維持厶。不變,直至存儲電荷全部消散,三極管才開始退出飽和狀態(tài),fc開始下降。
下降時間下降到O.l/e。所需的時間。在基區(qū)存儲的多余電荷消失后,基區(qū)中的電子在反向電壓的作用下越來越少,集電極電流fc也不斷減小,并逐漸接近于0。
上述四個參數(shù)被稱為三極管的開關(guān)時間參數(shù)。它們都以集電極電流fc變化為基準。
通常把to。=td+ tr稱為開通時間,它反映了三極管從截止到飽和所需的時間;把f。ff= ts +tf稱為關(guān)閉時間,它反映了三極管從飽和到截止所需的時間。
開通時間和關(guān)閉時間總稱為開關(guān)時間。它隨三極管的類型不同而有很大差別,一般在幾十納秒至幾百納秒的范圍。
以NPN型三極管來說,當三極管的基極有一個高電平時,則三極管飽和導通。這時三極管集電極與發(fā)射極之間的電阻很小,發(fā)射極電壓基本上等于集電極電壓,就像開關(guān)閉合一樣;當三極管的基極有一個低電平時,三極管截止。這時,三極管集電極與發(fā)射極之間的電阻很大,集電極電壓近似等于電源電壓,發(fā)射極電壓近似等于OV。三極管的截止和導通狀態(tài)工作示意圖如圖5-29所示。
共發(fā)射極放大電路只要稍經(jīng)修改便可用作開關(guān)電路。如圖5-30所示即為一個采用三極管控制燈泡亮、滅的開關(guān)電路。
在圖5-30中,控制信號為一個脈沖信號,脈沖的高度為Ubb(大于0.7V)。當脈沖信號的高度Ul為OV時,fh=0三極管工作在截止區(qū),同時t =O,沒有電流流過燈泡,燈泡不亮。這時Ue=Ucc(燈泡兩端的壓降為0)。
當脈沖信號的高度U變?yōu)閁bb時,fb=(Ubb-0.7V)/Rb。這時三極管的偏壓可能在放大區(qū)也可能在飽和區(qū),無論如何,燈泡中總有電流流過,所以燈泡是亮的。只要礬在O~Ubb之間切換,就可以控制燈泡亮或不亮。
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