您好, 登录| 注册|
论坛导航
您好, 登录| 注册|
子站:
产品/技术
应用分类

技能补给站 | 详解开关三极管工作原理

2019-03-29 10:48 来源:电源网综合 编辑:niko

开关三极管(Switch transistor)的外形与普通三极管外形相同,它工作于截止区和饱和区,相当于电路的切断和导通。由于它具有完成断路和接通的作用,被广泛应用于各种开关电路中,如常用的开关电源电路、驱动电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路及输出电路等。

技能补给站 | 详解开关三极管工作原理

负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间,而位居三极管主电流的回路上,输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open) 与闭合(closed) 动作,当三极管呈开启状态时,负载电流便被阻断,反之,当三极管呈闭合状态时,电流便可以流通。

详细的说,当Vin为低电压时,由于基极没有电流,因此集电极亦无电流,致使连接于集电极端的负载亦没有电流,而相当于开关的开启(关闭状态),此时三极管乃工作于截止(cut off)区。

同理,当Vin为高电压时,由于有基极电流流动,因此使集电极流过更大的放大电流,因此负载回路便被导通,而相当于开关的闭合(连接状态),此时三极管乃工作于饱和区(saturaTIon)。

开关三极管工作原理

截止状态

当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压,基极电流为零,集电极电流和发射极电流都为零,三极管这时失去了电流放大作用,集电极和发射极之间相当于开关的断开状态,即为三极管的截止状态。开关三极管处于截止状态的特征是发射结,集电结均处于反向偏置。

导通状态

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并且当基极的电流增大到一定程度时,集电极电流不再随着基极电流的增大而增大,而是处于某一定值附近不再怎么变化,此时三极管失去电流放大作用,集电极和发射极之间的电压很小,集电极和发射极之间相当于开关的导通状态,即为三极管的导通状态。开关三极管处于饱和导通状态的特征是发射结,集电结均处于正向偏置。而处于放大状态的三极管的特征是发射结处于正向偏置,集电结处于反向偏置。这也是可以使用电压表测试发射结,集电结的电压值判定三极管工作状况的原理。开关三极管正是基于三极管的开关特性来工作的。

工作模式

三极管的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观,有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是表示电流的方向。

技能补给站 | 详解开关三极管工作原理

双极面结型晶体管两个类型:NPN和PNP

NPN类型包含两个n型区域和一个分隔它们的p型区域;PNP类型则包含两个p型区域和一个分隔它们的n型区域。

三极管的开关作用

简单三极管开关:电路如图5,电阻RC是LED限流用电阻,以防止电压过高烧坏LED(发光二极管),将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔),观察并记录对的 VOUT 以及LED 的亮度。当三极管开关为断路时,VOUT =VCC =12 V,LED 不亮。当三极管开关通路时,VOUT = 0.2V ,LED 会亮。改良三极管开关:因为三极管由截止区过度到饱和区需经过线性区,开关的效果不会有明确的界线。为使三极管开关的效果明确,可串接两三极管,电路如图六。同样将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔),观察并记录对应的VOUT 以及LED 的亮度。

技能补给站 | 详解开关三极管工作原理

三极管开关与机械式开关的比较

截至目前为止,我们都假设当三极管开关导通时,其基极与射极之间是完全短路的。事实并非如此,没有任何三极管可以完全短路而使VCE=0,大多数的小信号硅质三极管在饱和时,VCE(饱和)值约为0.2伏特,纵使是专为开关应用而设计的交换三极管,其VCE(饱和)值顶多也只能低到0.1伏特左右,而且负载电流一高,VCE(饱和)值还会有些许的上升现象,虽然对大多数的分析计算而言,VCE(饱和)值可以不予考虑,但是在测试交换电路时,必须明白VCE(饱和)值并非真的是0。

虽然VCE(饱和)的电压很小,本身微不足道,但是若将几个三极管开关串接起来,其总和的压降效应就很可观了,不幸的是机械式的开关经常是采用串接的方式来工作的,如图3(a)所示,三极管开关无法模拟机械式开关的等效电路(如图3(b)所示)来工作,这是三极管开关的一大缺点。

技能补给站 | 详解开关三极管工作原理

幸好三极管开关虽然不适用于串接方式,却可以完美的适用于并接的工作方式,如图4所示者即为一例。

三极管开关和传统的机械式开关相较,具有下列四大优点﹕

技能补给站 | 详解开关三极管工作原理

(1)三极管开关不具有活动接点部份,因此不致有磨损之虑,可以使用无限多次,

一般的机械式开关,由于接点磨损,顶多只能使用数百万次左右,而且其接点易受污损而影响工作,因此无法在脏乱的环境下运作,三极管开关既无接点又是密封的,因此无此顾虑。

(2)三极管开关的动作速度较一般的开关为快,一般开关的启闭时间是以毫秒(ms)来计算的,三极管开关则以微秒(μs)计。

(3)三极管开关没有跃动(bounce)现象。一般的机械式开关在导通的瞬间会有快速的连续启闭动作,然后才能逐渐达到稳定状态。

(4)利用三极管开关来驱动电感性负载时,在开关开启的瞬间,不致有火花产生。反之,当机械式开关开启时,由于瞬间切断了电感性负载样上的电流,因此电感之瞬间感应电压,将在接点上引起弧光,这种电弧非但会侵蚀接点的表面,亦可能造成干扰或危害。

声明:本网站原创内容,如需转载,请注明出处;本网站转载的内容(文章、图片、视频)等资料版权归原网站所有。如我们采用了您不宜公开的文章或图片,未能及时和您确认,避免给双方造成不必要的经济损失,请电邮联系我们,以便迅速采取适当处理措施;欢迎投稿,邮箱:editor@netbroad。com。

微信关注
技术专题 更多>>
2019年慕尼黑上海电子展电源网直播报道
经典PCB设计技巧与电路图

头条推荐

2019慕尼黑上海电子展
关注我们
官方Q群
联系客服
客服热线
服务时间:周一至周五9:00-18:00
微信关注
免费技术研讨会
获取一手干货分享
editor@netbroad。com
022-58392381
秒速时时彩 极速赛车 腾讯分分彩官网 诚信彩票 环球彩票 极速快三人工计划 大地彩票 大地彩票 秒速时时彩 极速赛车