在高頻開(kāi)關(guān)電路中,開(kāi)關(guān)三極管應(yīng)用非常廣泛。無(wú)論是什么開(kāi)關(guān)電路,都離不開(kāi)開(kāi)關(guān)三極管。了解三極管開(kāi)關(guān)電路原理是非常必要的技術(shù)。下面詳細(xì)介紹三極管開(kāi)關(guān)電路的工作原理及如何使開(kāi)關(guān)三極管工作與開(kāi)關(guān)
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(guò)它來(lái)控制開(kāi)關(guān)開(kāi)閉動(dòng)作,集電極c及發(fā)射極e形成開(kāi)關(guān)兩個(gè)端點(diǎn),由b極來(lái)控制其開(kāi)閉,c.e兩端的電壓即為開(kāi)關(guān)電路的輸出電壓vO。
1)當(dāng)輸入電壓vI為高電平時(shí),晶體管導(dǎo)通,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)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(dāng)輸入電壓vI為低電平時(shí),由圖可見(jiàn),晶體管截止,相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi),得集電極電流iC≈0,而集電極電壓vc≈VCC,即輸出為高電平。
晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性決定于管子的工作
。晶體三極管輸出特性三個(gè)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(kāi)關(guān)的接通
,就應(yīng)該使之工作于飽和區(qū);
要使晶體三極管工作于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi),就應(yīng)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(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。集電結(jié)加有反向電壓,集電極電流iC=ICBO,而基極電流iB=-ICBO。說(shuō)明三極管截止時(shí),iB并不是為0,而等于-ICBO。基極開(kāi)路時(shí),外加電源電壓VCC使集電結(jié)反向偏置,發(fā)射結(jié)正向偏置晶體三極管基極電流iB=0時(shí),晶體管并未進(jìn)入截止
,
iE=iC =ICEO還是較大的。晶體管進(jìn)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(jìn)一步加大基極電壓的絕對(duì)值,當(dāng)大于VBO時(shí),發(fā)射結(jié)處于反向偏置而截止,流過(guò)發(fā)射結(jié)的電流為反向飽和電流IEBO,
晶體管進(jìn)入截止
iB = -(ICBO+ IEBO),iC= ICBO。發(fā)射結(jié)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(dāng)基極電流iB增大到
值時(shí),將出現(xiàn)vBE =vCE的
。
集電結(jié)為零偏,晶體管出現(xiàn)臨界飽和。
進(jìn)一步增大iB ,iB增大,使得集電結(jié)由零偏變?yōu)檎蚱茫娊Y(jié)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(chǔ)大量多余電子-空穴對(duì),當(dāng)iB繼續(xù)增大時(shí),iC基本維持不變,即iB失去對(duì)iC的控制作用,
說(shuō)
晶體管的放大能力大大減弱了。
稱晶體管工作于飽和
。
地說(shuō),在飽和
時(shí)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(jìn)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(shí)的基極電流為IBS=ICS/β=(VCC-VBE(sat))/βRC
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