三极管开关电路原理
在高频开关电路中,开关三极管应用非常广泛。无论是什么开关电路,都离不开开关三极管。
了解三极管开关电路原理是非常必要的技术。下面详细介绍三极管开关电路的工作原理及如何使开关三极管工作与开关
下。
图(a)中三极管为NPN型硅管。电阻Rb为基极电阻,电阻Rc为集电极电阻,晶体三极管T的基极b起控制的作用,通过它来控制开关开闭动作,集电极c及发射极e形成开关两个端点,由b极来控制其开闭,c.e两端的电压即为开关电路的输出电压vO。
1)当输入电压vI为高电平时,晶体管导通,相当于开关闭合,
集电极电压vc≈0,即输出低电平,而集电极电流iC≈VCC/RC。
2)当输入电压vI为低电平时,由图可见,晶体管截止,相当于开关断开,
得集电极电流iC≈0,而集电极电压vc≈VCC,即输出为高电平。

?晶体三极管的
开关特性决定于管子的工作
。晶体三极管输出特性三个工作区,即截止区、放大区、饱和区,如图4.2.1(b)
。
要使晶体三极管工作于开关的接通
,就应该使之工作于饱和区;
要使晶体三极管工作于开关的断开
,就应该使之工作于截止区,发射极电流iE=0,
晶体三极管处于截止
,相当于开关断开。集电结加有反向电压,集电极电流iC=ICBO,而基极电流iB=-ICBO。说明三极管截止时,iB并不是为0,而等于-ICBO。基极开路时,外加电源电压VCC使集电结反向偏置,发射结正向偏置晶体三极管基极电流iB=0时,晶体管并未进入截止
,
iE=iC =ICEO还是较大的。晶体管进入截止
,晶体管基极与发射极
加反向电压,
只存在集电极反向饱和电流ICBO,iB =-ICBO,iE=0,为临界截止
。进一步加大基极电压的绝对值,当大于VBO时,发射结处于反向偏置而截止,流过发射结的电流为反向饱和电流IEBO,
晶体管进入截止
iB = -(ICBO+ IEBO),iC= ICBO。发射结外加正向电压不断升高,集电极电流不断
。
基极电流也
,随着基极电流iB 的
基极电位vB升高,而随着集电极电流iC的
,集电极电位vC却下降。当基极电流iB增大到
值时,将出现vBE =vCE的
。
集电结为零偏,晶体管出现临界饱和。
进一步增大iB ,iB增大,使得集电结由零偏变为正向偏置,集电结位垒降低,集电区电子也将注入基区,从而使集电极电流iC随基极电流iB的增大而增大的速度减小。
在基区存储大量多余电子-空穴对,当iB继续增大时,iC基本维持不变,即iB失去对iC的控制作用,
说
晶体管的放大能力大大减弱了。
称晶体管工作于饱和
。
地说,在饱和
时饱和压降VBE(sat)近似等于0.7V,VCE(sat)近似等于0.3V。由图4.2.1(a)可看出,集电极电流iC的
受外电路的限制。由电路可得出iC的最大值为ICM= VCC/ RC。晶体管进入饱和
,基极电流增大,集电极电流变化很小,即iC=ICS=(VCC-VBE(sat))/RC晶体管处于临界饱和时的基极电流为IBS=ICS/β=(VCC-VBE(sat))/βRC
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