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实用的三极管开关电路分析

时间:2011-11-10 19:05:47来源:原创 作者:admin 点击:

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三极管开关电路功率管的控制应用广泛。这里对一个实用开关电路中的各元器件作用作具体分析。    <<版权声明:本文由容源电子网(www_dziuu_com)整理提供,部分内容来源于网络,如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》



  三极管开关控制电路:
  
  上图是一个小功率三极管控制大功率三极管(达林顿《www.dziuu.com》管)开关电路。
  控制信号通过控制小功率三极管的开关来控制大功率管Q1的开关。   <<版权声明:本文由容源电子网(www_dziuu_com)整理提供,部分内容来源于网络,如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》


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  原理分析
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  三极管开关电路的基本原理控制三极管工作在截止区和饱和区工作。电路设计原则等不作赘述,的三极管电路参考书籍有介绍。在这里也只讨论图中这些阻容元器件的作用,不讨论其取值计算(取值计算选定三极管,而且颇为简单)。
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  图中R1作用是Q2的基极限流;R3作用是泄放掉关断时基极电荷,让Q2在低电平时保持截止;R4作用是Q2的集电极限流以及Q1的基极限流;电容C2是加速电容,加速Q2的开关速度,降低Q2管耗,从而延长Q2寿命;R5和C1是输出反馈给Q2的基极,作用同样为加速Q2的开关速度,延长Q2的寿命以及电路整体的性能,此为正反馈。
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  下面主要解释下C2的作用,其余的元器件作用,相信有三极管电路基础的都能理解。
  让我们来看看C2是如何“加速”的——
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  先来看看电路在没有C2的下是如何工作的:控制端由低电平拉升到高电平的过程中,集电极电流增长使得三极管从截止区—》放大区—》饱和区变化,从而使三极管从关断(截止)变为开通(饱和),注意,开通过程中,集电极电流增长靠Vcc提供;反过来,控制端从高电平变为低电平过程中,通过R3对基极电荷的泄放,加速控制三极管从饱和区—》放大区—》截止区变化,并最终变为关断
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  再来看看加上C2后的电路工作。来看由Vcc、R4、C2、R3、GND构成的回路:当电路没有控制激励的下(Control端低电平),Vcc给电容C2充电,C2和R4连接端的电位为Vcc;
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当控制激励从低电平向高电平转换的过程中,基极端电位上升,导致C2向三极管集电极放电,这样,集电极电流增长中,一小部分靠C2提供,其余靠Vcc提供,加速了三极管从截止到饱和变化的过程,C2两端的电压反转,大小约为0.7(VBE)-0.3(VCEsat)V;反过来,控制端从高电平变为低电平过程中,基极电压的下降以及集电极电压的上升,集电极对C2充电,从而导致三极管集电极与发射级间的电流更快速的下降,配合R3的作用,更快速的使三极管进入截止,C2在这里确实起到了加速开关的作用。   <<版权声明:本文由容源电子网(www_dziuu_com)整理提供,部分内容来源于网络,如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》



  但问题又出来了,电路应用到我产品上所的频率仅仅是几百赫兹,对于毫秒级的应用,出来的开关波形根本不会有延时,按道理无需另加加速电容,这是怎么回事?这里要感谢IR公司的白师兄给我的释疑:这里加速电容的作用并不是改善频率特性而加的,而是改善三极管的功耗;   <<版权声明:本文由容源电子网(www_dziuu_com)整理提供,部分内容来源于网络,如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》


众所周知,三极管在截止区和饱和区功耗最小,而在放大区功耗最大,原因是截止区VCE大、ICE极小,饱和区ICE大、VCE很小(等于饱和导通电压VCEsat),而放大区是大电压大电流;加速开通和关断时间让开关三极管快速穿越大功耗区(线性放大区)而进入到小功耗区(截止区和饱和区),从而降低功耗来降低三极管的温度,延长三极管的寿命。而本电路恰恰应用在开关电路持续开关工作的,也印证了师兄的解释。   <<版权声明:本文由容源电子网(www_dziuu_com)整理提供,部分内容来源于网络,如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》



  类似地,R5/C1正反馈的作用同样也是加速Q2的开关,来降低管耗,延长寿命。
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