怎么用三极管做电源开关

2019-07-20 20:16字体:
  

  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,所以集电极电压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,所以得集电极电流iC≈0,而集电极电压vc≈VCC,即输出为高电平。

  晶体三极管的实际开关特性决定于管子的工作状态。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)所示。

  要使晶体三极管工作于开关的断开状态,就应该使之工作于截止区,发射极电流iE=0,这时晶体三极管处于截止状态,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状态,这时iE=iC =ICEO还是较大的。晶体管进入截止状态,晶体管基极与发射极之间加反向电压,这时只存在集电极反向饱和电流ICBO,iB =-ICBO,iE=0,为临界截止状态。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,这时晶体管进入截止状态iB = -(ICBO+ IEBO),iC= ICBO。发射结外加正向电压不断升高,集电极电流不断增加。同时基极电流也增加,随着基极电流iB 的增加基极电位vB升高,而随着集电极电流iC的增加,集电极电位vC却下降。当基极电流iB增大到一定值时,将出现vBE =vCE的情况。这时集电结为零偏,晶体管出现临界饱和。如果进一步增大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。这时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,或者说这时晶体管的放大能力大大减弱了。这时称晶体管工作于饱和状态。一般地说,在饱和状态时饱和压降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的增加受外电路的限制。由电路可得出iC的最大值为ICM= VCC/ RC。晶体管进入饱和状态,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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