三极管的常见应用电路小结
1. 反相器
反相的意思就是:输入为1,输出为0;输入为0,输出为1:
开关反相控制LED的;
这里的R1的作用为限流.使三极管导通,Ib大概流过1mA左右的电流即可.计算(5-0.6)/4.7K;蓝色LED的压降大概是3.3V,驱动电流5~17ma即可;正常应用时,可以设置偏大一些。
2. 电流镜
在晶体管运放芯片中会出现电流镜...也是对三极管的一种应用:
根据Q4与Q3的集电极电流应该相等的原则,就可以在Q3的集电极端做一个电流控制的电路啦...
3. 三极管的开关电路
开关电路应用的普遍性就不用我多讲了。输入电压Vin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,此时三极管工作在截止(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,此时三极管工作在饱和区(saturation)。
一般而言,可以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。
应用实例:
下图是英特尔公司某块主板中电路图的一部分,就是一个典型的三极管应用电路。
电路分析:
当A为高电平时,三极管1导通,所以输出B点跟发射极电平相同,为低电平;因为B为低电平,所以三极管2截止,输出C为高电平。
当A为低电平时,三极管1截止,所以输出B点为高电平;因为B为高电平,所以三极管2导通,输出C为低电平。
4. 三极管的推挽型射极跟随器
由于射极带负载电阻的射极跟随器,在输出很大电流时也就是阻抗较低情况时,输出波形的负半轴会被截去,不能得到完整的输出最大电压而失真。为提升性能并改善这个缺点将发射极负载电阻换成PNP管的射极跟随器电路称之为推挽射极跟随器。
电路分析:
由于上边的NPN晶体管将电流“吐出来”给负载(对应推,source current),PNP晶体管从负载将电流“吸进来”(对应挽,sink current),所以称为推挽(push-pull)。但是此电路的缺点是在0V附近晶体管都截止,会产生交越失真。推挽电路以及拉电流、灌电流是实际工程系统中非常重要的概念,通过此电路学习理解此概念非常易懂。
交越失真是指正弦波的上下侧没有连接上的那部分,此失真的原因在于晶体管的基极都是连在一起的,所以基极电位是一样的。当输入信号在0V附近时,基极-发射极间没有电位差,因此没有基极电流的流动。也就是,此时两个晶体管都是截止的,并没有工作。
另外,即便是基极上加上了输入信号,对上侧在基极电位比发射极电位高0.6V以前,也不会工作。反之,对于下侧晶体管的基极只有比发射极低0.6V以后才能工作。所以,体现在波形上就会产生一个交越失真的盲区。
不过,此电流稍加修改就是一个很好用的电路了,思路很简单,用两个二极管在每个晶体管的基极上加上大概0.6V的二极管的正向压降--补偿电压,就可以抵消晶体管的盲区了。如下图所示:
此电路用两个二极管的压降抵消晶体管的基极-发射极间的电压Vbe,可以认为晶体管的空载电流几乎为0。所以当不存在信号时,就也没有晶体管的发热问题。顺便提一下,这个电路中在输出状态总有一个晶体管处于截止状态的电路称之为B类放大器,举一反三的,如果只有一个管子且晶体管常进行工作的电路称之为A类放大器。
5. 三极管驱动继电器
继电器线圈需要流过较大的电流(约50mA)才能使继电器吸合,一般的集成电路不能提供这样大的电流,因此必须进行扩流,即驱动。图1所示为用NPN型三极管驱动继电器的电路图,图中阴影部分为继电器电路,继电器线圈作为集电极负载而接到集电极和正电源之间。当输入为0V时,三极管截止,继电器线圈无电流流过,则继电器释放(OFF);相反,当输入为+VCC时,三极管饱和,继电器线圈有相当的电流流过,则继电器吸合(ON)。
6. 过压保护电路
7. 巧妙利用三极管解决交越失真
在甲乙类功放中,为了解决因三极管Vb节电压存在而导致后级推挽输出出现交越失真,通常会加入偏置电路,最简单常见的是串联两只二极管抵消三极管Vb,这种偏置调节不精准,且易受温度变化,太大静态功耗大,太小会有交越失真。
改进利用三极管做偏置可调电路,既可以自由调节偏置电压,同时还可以进行热耦合,抑制空载电流随温度的变动有效抑制晶体管被热击穿。
具体分析:
1)Ib = VB2 / R3;VB = Ib * (R2+R3) = (R2+R3) / R3 * VB2;改变R2与R3的比例,就可以将VB 设置为VB2的任意倍,即实现了偏置电压的任意可调。
2)这里假设R2 = R3,则VB = 2 * VB2从而取得电压平衡(这里认为三极管的VB1 = VB2 = VB3),将Q2靠近Q1和Q3进行热耦合使之处在同一温度,VB1和VB2随温度二变化,VB2也同样变化,一直维持VB = 2 * VB2 = VB1 + VB2。
这个三极管的简单妙用一箭双雕。虽然现在功放电路都集成化了,但正确理解这些基础作用还是有非常大的作用的。
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