三極管晶體管開關(guān)電路設(shè)計(jì)

TTL晶體管開關(guān)電路按驅(qū)動(dòng)能力分為小信號(hào)開關(guān)電路和功率開關(guān)電路；按晶體管連接方式分為發(fā)射極接地（PNP晶體管發(fā)射極接電源）和射級(jí)跟隨開關(guān)電路

1. 發(fā)射極接地開關(guān)電路
1.1 ：

NPN型和PNP型基本開關(guān)電路圖

上面的基本電路離實(shí)際設(shè)計(jì)電路還有些距離：由于晶體管基極電荷存儲(chǔ)積累效應(yīng)使晶體管從導(dǎo)通到斷開有一個(gè)過渡過程（當(dāng)晶體管斷開時(shí)，由于R1的存在，減慢了基極電荷的釋放，所以Ic不會(huì)馬上變?yōu)榱悖�。也就是說發(fā)射極接地型開關(guān)電路存在關(guān)斷時(shí)間，不能直接應(yīng)用于中高頻開關(guān)。

1.2 實(shí)用的NPN型和PNP型開關(guān)原理圖1

 

基本原理：當(dāng)晶體管突然導(dǎo)通（IN信號(hào)突然發(fā)生跳變），C1瞬間短路，為三極管快速提供基極電流，這樣加速了晶體管的導(dǎo)通。當(dāng)晶體管突然關(guān)斷（IN信號(hào)突然發(fā)生跳變），C1也瞬間導(dǎo)通，為卸放基極電荷提供一條低阻通道，這樣加速了晶體管的關(guān)斷。C通常取值幾十到幾百皮法。電路中R2是為了保證沒有IN輸入高電平時(shí)三極管保持關(guān)斷狀態(tài)；R4是為了保證沒有IN輸入低電平時(shí)三極管保持關(guān)斷狀態(tài)。R1和R3是基極電流限流用。

1.3 實(shí)用的NPN型開關(guān)原理圖2（消特基二極管鉗位）：

 

消特基二極管鉗位NPN型三極管開關(guān)電路圖

基本原理：由于消特基二極管Vf為0.2至0.4V比Vbe小，所以當(dāng)晶體管導(dǎo)通后大部分的基極電流是從二極管然后通過三極管到地的，這樣流到三極管基極的電流就很小，積累起來的電荷也少，當(dāng)晶體管關(guān)斷（IN信號(hào)突然發(fā)生跳變）時(shí)需要卸放的電荷少，關(guān)斷自然就快。

1.4 實(shí)際電路設(shè)計(jì)
在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中需要考慮三極管Vceo,Vcbo等滿足耐壓，三極管滿足集電極功耗；通過負(fù)載電流和Hfe（取三極管最小Hfe來計(jì)算）計(jì)算基極電阻（要為基極電流留0.5至1倍的余量）。注意消特基二極管反向耐壓。
2. 發(fā)射極跟隨開關(guān)電路

 

基本原理：發(fā)射極跟隨的優(yōu)點(diǎn)就是開關(guān)速度快，可應(yīng)用于中高頻信號(hào)的開關(guān)；R2不能太，大了電路容易受干擾；當(dāng)然也不能太小，否則白白浪費(fèi)前級(jí)的驅(qū)動(dòng)能力。基極不需要限流電阻了，因?yàn)樨?fù)載電流除以Hfe就是基極電流，三極管會(huì)自動(dòng)向上級(jí)所取這么大的電流。
3. 功率開關(guān)電路
上面說到的開關(guān)電路適用于小功率開關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，有兩個(gè)辦法解決：一是選擇高Hfe管，這樣就利于前級(jí)提供基極電流；另外一個(gè)辦法就是使用達(dá)林頓連接方式把兩個(gè)三極管串起來，這樣Hfe=Hfe1*Hfe2，也利于前級(jí)提供基極電流。

使用達(dá)林頓連接方式時(shí)請(qǐng)注意：基極和發(fā)射極電位差1.2至1.4伏；計(jì)算后管集電極功耗時(shí)使用的管壓降不再是它的Vce(Sat)而是它的Vbe，也就是0.6至0.7伏。