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三極管開關電路原理

在高頻開關電路中，開關三極管應用非常廣泛。無論是什么開關電路，都離不開開關三極管。了解三極管開關電路原理是非常必要的技術。下面詳細介紹三極管開關電路的工作原理及如何使開關三極管工作與開關下。
圖(a)中三極管為NPN型硅管。電阻Rb為基極電阻，電阻Rc為集電極電阻，晶體三極管T的基極b起控制的作用，通過它來控制開關開閉動作，集電極c及發(fā)射極e形成開關兩個端點，由b極來控制其開閉，c.e兩端的電壓即為開關電路的輸出電壓vO。

1)當輸入電壓vI為高電平時，晶體管導通，相當于開關閉合，集電極電壓vc≈0，即輸出低電平，而集電極電流iC≈VCC/RC。

2)當輸入電壓vI為低電平時，由圖可見，晶體管截止，相當于開關斷開，得集電極電流iC≈0，而集電極電壓vc≈VCC，即輸出為高電平。

如何使三極管工作于開關

晶體三極管的開關特性決定于管子的工作。晶體三極管輸出特性三個工作區(qū)，即截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū),如圖4.2.1(b)。
要使晶體三極管工作于開關的接通，就應該使之工作于飽和區(qū)；

要使晶體三極管工作于開關的斷開，就應該使之工作于截止區(qū)，發(fā)射極電流iE=0，晶體三極管處于截止，相當于開關斷開。集電結加有反向電壓，集電極電流iC=ICBO，而基極電流iB=-ICBO。說明三極管截止時，iB并不是為0，而等于-ICBO。基極開路時，外加電源電壓VCC使集電結反向偏置，發(fā)射結正向偏置晶體三極管基極電流iB=0時，晶體管并未進入截止，iE=iC =ICEO還是較大的。晶體管進入截止，晶體管基極與發(fā)射極加反向電壓，只存在集電極反向飽和電流ICBO，iB =-ICBO，iE=0，為臨界截止。進一步加大基極電壓的絕對值，當大于VBO時，發(fā)射結處于反向偏置而截止，流過發(fā)射結的電流為反向飽和電流IEBO，晶體管進入截止iB = -(ICBO+ IEBO)，iC= ICBO。發(fā)射結外加正向電壓不斷升高，集電極電流不斷。基極電流也，隨著基極電流iB 的基極電位vB升高，而隨著集電極電流iC的，集電極電位vC卻下降。當基極電流iB增大到值時，將出現(xiàn)vBE =vCE的。集電結為零偏，晶體管出現(xiàn)臨界飽和。進一步增大iB ，iB增大，使得集電結由零偏變?yōu)檎蚱茫娊Y位壘降低，集電區(qū)電子也將注入基區(qū)，從而使集電極電流iC隨基極電流iB的增大而增大的速度減小。在基區(qū)存儲大量多余電子-空穴對，當iB繼續(xù)增大時，iC基本維持不變，即iB失去對iC的控制作用，說晶體管的放大能力大大減弱了。稱晶體管工作于飽和。地說，在飽和時飽和壓降VBE(sat)近似等于0.7V，VCE(sat)近似等于0.3V。由圖4.2.1(a)可看出，集電極電流iC的受外電路的限制。由電路可得出iC的最大值為ICM= VCC/ RC。晶體管進入飽和，基極電流增大，集電極電流變化很小，即iC=ICS=(VCC-VBE(sat))/RC晶體管處于臨界飽和時的基極電流為IBS=ICS/β=(VCC-VBE(sat))/βRC