【導讀】在實際運用中,工程師也需要依據(jù)環(huán)境要求,對三極管開關(guān)電路進行相應的改良,使其更加適合設(shè)計條件的需要。在今天的文章中,我們將會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?/strong>
三極管開關(guān)電路作為一種被廣泛應用在開關(guān)電路模式,其本身具有設(shè)計簡單、工作穩(wěn)定等特性。然而,在實際運用中,工程師也需要依據(jù)環(huán)境要求,對三極管開關(guān)電路進行相應的改良,使其更加適合設(shè)計條件的需要。在今天的文章中,我們將會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?/div>
在一些對三極管開關(guān)電路動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作的特性,因此我們也就必須采取相應的改良措施,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Vin由零電壓往上升并開始送電流至基極時,電容器由于無法瞬間充電,故形同短路,然而此時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)導通的速度。稍后待充電完畢后,電容就形同開路,同時,這樣做還不會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位降回零電壓準位時,電容器會在極短的時間內(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?shù)倪x取加速電容值可使三極管開關(guān)的切換時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,有一個需要注意的問題是,有的時候三極管開關(guān)的負載并非直接加在集電極與電源之間,而是會接成圖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作恰好相反,當三極管截止時,負載獲能,而當三極管導通時,負載反被切斷,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)置是否符合當前電路設(shè)計的需要。
圖2 將負載接于三極管開關(guān)電路的改進接法
還有一種情況是三極管開關(guān)電路在應用過程中比較經(jīng)常遇到的。我們假設(shè)在圖2中的三極管開關(guān)加上了電容性負載(假定其與RLD并聯(lián)),那么在三極管截止后,由于負載電壓必須經(jīng)由RC電阻對電容慢慢充電而建立,因此電容量或電阻值愈大,時間常數(shù)便愈大,而使得負載電壓之上升速率愈慢。然而,在某些應用中,這種現(xiàn)象是不允許存在的,因此在面對這種情況時我們就必須采用圖3所提供的圖騰式改良電路進行改良設(shè)計了。
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,如果想要讓負載獲能,那就必須使Q1三極管導通,同時使Q2三極管截斷,這樣一來負載便可經(jīng)由Q1而連接至VCC上。如果想要使負載去能,必須使Q1三極管截斷,同時使Q2三極管導通,如此負載將經(jīng)由Q2接地。由于Q1的集電極除了極小的接點電阻外,幾乎沒有任何電阻存在,如上圖圖3所示,因此負載幾乎是直接連接到正電源上的,也因此當Q1導通時,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,負責Q1和Q2三極管的導通與截斷控制,但是必須確保Q1和Q2使不致同時導通,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群中有任一只導通,而下方的Q2群中又恰好有一只導通,電源便經(jīng)由導通之Q1和Q2短路,而造成嚴重的后果。