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三極管開關電哪些元器件發(fā)揮的作用最關鍵?

發(fā)布時間:2014-12-12 責任編輯:echolady

【導讀】在開關電源電路中,三極管在開關電路中作為功率管,出現(xiàn)的頻率非常大,也是應用最為廣泛的元器件。本文將為大家詳解關于三極管在開關電路中的各元器件的作用。

下圖是一個小功率三極管控制大功率三極管(達林頓管)開關電路。控制信號通過控制小功率三極管的開關來控制大功率管Q1的開關。三極管開關電路的基本原理就是控制三極管工作在截止區(qū)和飽和區(qū)工作。電路設計原則等不作贅述,一般的三極管電路參考書籍有介紹。在這里也只討論圖中這些阻容元器件的作用,不討論其取值計算(因為取值計算需要選定三極管,而且頗為簡單)。

三極管開關電哪些元器件發(fā)揮的作用最關鍵?
三極管開關控制電路

這里我們可以看到在上圖中R1作用是Q2的基極限流;R3作用是泄放掉關斷狀態(tài)時基極電荷,讓Q2在低電平時保持截止狀態(tài);R4作用是Q2的集電極限流以及Q1的基極限流;電容C2是加速電容,加速Q2的開關速度,降低Q2管耗,從而延長Q2壽命;R5和C1是作為輸出反饋給Q2的基極,作用同樣為加速Q2的開關速度,延長Q2的壽命以及電路整體的性能,此為正反饋。

經過上文的電路圖分析后,這里我們會主要解釋下關于C2的作用,其余的元器件作用,相信有一定三極管電路基礎的都能理解。讓我們來看看C2是如何“加速”的:先來看看電路在沒有C2的情況下是如何工作的:控制端由低電平拉升到高電平的過程中,集電極電流增長使得三極管從截止區(qū)—》放大區(qū)—》飽和區(qū)變化,從而使三極管從關斷狀態(tài)(截止)變?yōu)殚_通狀態(tài)(飽和),注意,開通過程中,集電極電流增長全部靠Vcc提供;反過來,控制端從高電平變?yōu)榈碗娖竭^程中,通過R3對基極電荷的泄放,加速控制三極管從飽和區(qū)—》放大區(qū)—》截止區(qū)變化,并最終變?yōu)殛P斷狀態(tài)。后面再來看看加上C2后的電路工作情況。

來看由Vcc、R4、C2、R3、GND構成的回路:當電路沒有控制激勵的情況下(Control端低電平),Vcc給電容C2充電,C2和R4連接端的電位為Vcc;當控制激勵從低電平向高電平轉換的過程中,由于基極端電位上升,導致C2向三極管集電極放電,這樣,集電極電流增長中,一小部分靠C2提供,其余靠Vcc提供,加速了三極管從截止到飽和變化的過程,此時C2兩端的電壓反轉,大小約為0.7(VBE)-0.3(VCEsat)V;反過來,控制端從高電平變?yōu)榈碗娖竭^程中,由于基極電壓的下降以及集電極電壓的上升,集電極對C2充電,從而導致三極管集電極與發(fā)射級間的電流更快速的下降,配合R3的作用,更快速的使三極管進入截止狀態(tài)。所以,C2在這里確實起到了加速開關的作用。

經過以上的分析,我們在確認了以上電路能夠更快速的使三極管進入截止狀態(tài)后,問題又出來了,這個電路實際應用到產品上所需要的頻率僅僅是幾百赫茲,對于毫秒級的應用,出來的開關波形根本不會有延時,按道理無需另加加速電容,這是怎么回事?這里加速電容的作用并不是改善頻率特性而加的,而是為了改善三極管的功耗;眾所周知,三極管在截止區(qū)和飽和區(qū)功耗最小,而在放大區(qū)功耗最大,原因是截止區(qū)VCE大、ICE極小,飽和區(qū)ICE大、VCE很小(等于飽和導通電壓VCEsat),而放大區(qū)是大電壓大電流;加速開通和關斷時間就是為了讓開關三極管快速穿越大功耗區(qū)(線性放大區(qū))而進入到小功耗區(qū)(截止區(qū)和飽和區(qū)),從而降低功耗來降低三極管的溫度,延長三極管的壽命。而本電路恰恰應用在開關電路持續(xù)開關工作的情況。類似地,R5/C1正反饋的作用同樣也是加速Q2的開關,來降低管耗,延長壽命。

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