硬件工程师必会电路模块之三极管实用电路

1万 · 2017-6-2 11:37

1. 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)。

图1 基本三极管开关
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。

图2 三极管开关电路应用实例
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。

2. 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。