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1 .基本用法用BJT晶體管實現(xiàn)開關功能是一種常用的實用電路。 與邏輯門電路一樣,將BJT用于開關電路時,也只能在飽和區(qū)域和截止區(qū)域工作。
如下圖所示,開關功能的實現(xiàn)電路也可以是發(fā)光二極管、電機等。
圖3-10.01
開關電路的動作原理如下。
向vi輸入0V時,晶體管截止,負載RL中沒有電流流動
向vi輸入高電平時,晶體管導通,達到飽和狀態(tài),電流流過負載RL,負載的電壓與VCC-VCEsat大致相等。
開關電路的RB值的設計思路也與上述邏輯門相同,根據(jù)負載RL的實際情況計算晶體管進入飽和區(qū)域的RB,并代入計算結果。 詳細參照以下示例。
在案例3-10-1以下開關電路中,VCC=12V,電機負載的有效電阻為RL=5,晶體管的=100,要求vi的導通電壓為5V。 ()1)能夠操作電路的RB; )2)負載電流IL和負載功耗PL; (3)晶體管本身的損耗功率。
圖3-10.a1
33558www.Sina.com/(1)晶體管臨界飽和時:
此時的臨界飽和電流ICsat如下。
然后,計算臨界飽和時的IBsat值。 (處于臨界飽和時,仍視為100 )。
設立該IBsat的RBsat如下。
為了使BJT達到更深的飽和,假設將RB選擇為小于RBsat的值,并選擇為100。
33558www.Sina.com/Rb為100時,IB如下所示。
此時的電流放大率如下。
在該RB值中,向vi輸入5V,接通BJT,則晶體管確實處于飽和區(qū)域,可知原來的假設是正確的。
(2)當晶體管飽和時,負載電流IL如下。
負載下的功耗PL如下所示。
)3)晶體管的損耗功率PD如下。
可知晶體管中的損耗功率PD與負載功率PL相比還很小。
)4)補充說明:
在這種情況下,負載是電動機,一般對于含有這樣的電感的負載(電動機、繼電器線圈等),用晶體管直接切斷比較危險。 這是因為,電感中的電流急劇變化時,電感上會產(chǎn)生非常大的感應電動勢,嚴重時可能會超過晶體管的破壞電壓而破壞晶體管。
.2em;">? ? ? 所以一般的處理方法是在含有電感的負載旁邊并聯(lián)一個反向二極管,從而使得當晶體管關斷時,電感中的剩余電流能夠有回路泄掉,而不至于突變產(chǎn)生高壓,如下圖所示:
圖3-10.a2?
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2. 開關特性? ? ? 由于有內(nèi)部PN結和少數(shù)載流子的存在,所以和二極管一樣,BJT晶體管在導通和關斷時也不是瞬間完成的,而是有一定的延遲時間,如下圖所示:
圖3-10.02?
? ? ? ? td:延遲時間(delay time),當基極輸入變?yōu)楦唠娖胶?,IC從0上升到目標值的10%所需的時間。
? ? ? ? tr:上升時間(rise time),IC從10%上升到90%所需的時間。
? ? ? ? ton:開啟時間(on time),ton=ts+tr,當IC從0上升到90%時,我們就可以認為晶體管已基本開啟。
? ? ? ? ts:存儲時間(storage time),當基極開路或輸入低電平后,IC從100%下降到90%所需的時間。
? ? ? ? tf:下降時間(fall time),IC從90%下降到10%所需的時間。
? ? ? ? toff:關斷時間(off time),toff=ts+tf,當IC從100%下降到10%時,我們就可以認為晶體管已基本關斷。
? ? ? 這些參數(shù)在晶體管數(shù)據(jù)規(guī)格書中都會給出,仍以3-8小節(jié)的2N4123為例,在規(guī)格書的Figure 2中,可讀出這些參數(shù)值:
圖3-10.03?
? ? ? 當IC=20mA時,在圖中可大致讀出:
? ? ? td = 13ns, tr=13ns, ts = 110ns, tf = 11ns
? ? ? ? 開啟時間為:ton = td + tr = 13ns + 13ns = 26ns
? ? ? ? 關斷時間為:toff = ts + tf = 100ns + 11ns = 111ns
? ? ? 在要求不太高的功率開關場合,以上的延遲時間基本也夠用了。另外有一類晶體管稱為開關型晶體管(switching transistor),其開啟和關斷時間要比上面的值再hcdby個數(shù)量級,都只有十幾個納秒(如BSV52等),具體可參看相關數(shù)據(jù)規(guī)格手冊。
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