81晶体管的开关

1、8.1.1 晶体管的开关图8. 1是一例发射极接地放大电路，这种电路能够通过输入信号（电压）连续地模拟地控制流过集电极发射极间电流，获得输出电压。但是开关电路，如图8.2所示是一种计数地接通/断开晶体管的集电极发射极间的电流作为开关使用的电路。件为疣昂体佇箱入侑*陆空化的电炳使用 fn崗山三输人牯环丽 I按通懂开的开英帧屈冷】憑人电蹺的苇虑方法”对丨雄計极接地啾路可山白仇根拟胞控用隼咆 极片打槪冏啾札厲仇输出啾压）M. 2 开关电跻的等谑方法f对于发肘檄接地电路的悄况作为整逾过躬电機发討槪间的电痂汁較电搖通帽i：眈幵丢】图8.3是电压增益（放大倍数）A = 10的发射极接地型放大电路。照片8.

2、1是给这个电路输入1kHz、1Vp-p信号时的输入输出波形。这时的输出波形不是通过介入耦合电容取出的，而是集电极电位。但是由于电源电压以及发射极电阻上电压降的缘故，（输出饱和）。由于Av= 10 ,所以输出应该是10V p-p如照片所示，波形的上下部分均被截去图S.3 戻射极接地预尢电路这是一个樂电极电更为乱9kd童盘糧电阻为 苗:迎”棘丸倍数绚为沖曲放丸器输人 的正誌 波时，应该输出R的疋菠波I秋片乳t皓发射极接地枚天电路剋人【V琳止菽嶽时的帖況（20u /div, 1V /cliv）if:挥沁电脚放丸陪数足借的放丸器上凯IV正恶渡输出放形帼和C槪截去H输出波形的上半周被截去的情况是由于输出

3、电平与电源电压相等，所以集电极电阻上没有了电压降，也就是说晶体管的集电极发射极间没有电流流过（集电极电流为零）。换句话说， 晶体管处于截止状态。相反，输出波形的下半周被截去的情况是因为输出电平处于更接近GND电平的电位(集电极电阻上的电压降非常大)，晶体管的集电极电流处于最大值。也就是说，晶体管处于导通状态。这样的开关电路只要利用输入信号使输出波形被限幅就可以实现(使晶体管处于接通/断开状态就可以)，所以可以认为只要放大电路具有非常大的放大倍数，或者加上很大的输入信号就可以。但是，这样的开关电路必须是直流的接通/断开状态(这样的用途非常多)，所 以必须具有一定的直流的放大倍数。8.1.2从放大

4、电路到开关电路图8. 4是从发射极放大电路演变到开关电路的示意图。首先为了获得直流增益(放大倍数)从图8.4(a )的一般发射极放大电路中去掉输入输出的耦合电容Ci、C2，得到图8.4(b)的电路。进一步为了提高放大倍数，去掉发射极电阻E, 变成图8. 4 (c)的电路。所以集电极就没有必要流过无用的电流空载电流。因此,如图 8.4(d)所示去掉偏置用的Ri。()浮通的AC輸人贲射(b)直这样一来，也就没有必要加基极偏置电压。当输入信号为0V时，晶体管处于截止状态(叮去掉心捉高不需要越人偏錢 “)限制堆人电淹放大镐数图& 4 发射槻接地放A;电路演童勿幵关电路(开关喬皑Wr示卜为了确保没有输入

5、信号时晶体管处于截止状态，需要保留使基极处于GND电位的电阻R2。但是，图8.4(d )的电路中如果输入信号超过+0.6V，晶体管基极发射极间的二极管将处于导通状态，就开始有基极电流流过。也就是说，这样的状态不能限制电流，会有非 常大的基极电流流过。因此，如图8.4(e )所示还需要插入限制基极电流的电阻R3。这样就可以将发射极接地放大电路变形成开关电路。8.1.3观测开关波形图8. 5是上述电路代入了具体数值的实际开关电路，照片8. 2是给这个电路输入1kHz、2V p-p的正弦波时的输入输出波形。输入信号是正弦波。但是由于电路的放大倍数足够大，所以输出波形变成了方波。当输入信号电平在+0.

6、6V以下时体管处于截止状态, 输出电平是+5V（电源电压）。当超过+0.6V时，晶体管处于导通状态，输出基本上 是GND电平。图机5 岌射极接地型开关电路I这个电路书巧大于（:.沁时關压晉导適.输出弘为（V）通常开关电路的输入信号只是控制开关的接通/断开，所以采用与接通/断开电平相对于的二值信号，即方波。经常用TTL或CMOS等数字电路的输出直接控制开关电路。照片8.3是给图8.5的电路输入lkHz、0V/+5V方波时的输入输出波形。由于用0V/+5V的方波使晶体管于接通/断开状态，所以输出波形也是+5V/0V的方 波。这个电路可以认为是发射极接地放大电路的变形，所以与放大电路一样，输入输出信

7、号的相位是反转的。照片& 2 给图& 5的电路加正弦波时的波形(Z00M di IV div)(可u石岀当诜大于。+ 6 v(指示的位b时晶体管 尅于导適1.000554k MlJ卩iHjif照片乩3给图匕5的电路加OV/+HV的方波时的波形(200fis tli . IV di):输入魁力波 览和的遊形时输出也是方波与数字电路的倒相器波形相同，从照片8. 3看到的输入输出波形简直就是数字电路中倒相器(NOT电路)的输入输出波形。所以这个电路可以作为倒相器使用。但是，为了能够像数字IC那样高速动作还需要作一些改进。这将在后面介绍。如果电源设置为+15V，由于输入信号是0V/+5V的CMOS(T

8、TL )电平，所以可以作为向0V/+15V的CMOS电平变换的逻辑电平变换电路。当然反过来也可以由0V/+15V变换为0V/+5V。8.1.4如果集电极开路图8. 5的电路中集电极连接着负载电阻L。如图8.6所示，当不连接负载电阻时这个电路的集电极就原封不动地变成输出端。把这个电路叫做开路集电极，它广泛应用于以继电器或灯泡等为外部负载的开关电路。如图8. 6所示，在使用NPN晶体管的电路中， 如果在电位高于GND的电源与集电极（输出端）之间连接负载，这时就像是吸入负载电流。在使用PNP晶体管的电路中，如果在比正电源电位低的电源（在图8.6（b ）中是GND）与集电极间连接负载，这时就像负载电流

9、在流出。因此，这个开路集电极能够接通/断开负载电流而与负载连接几伏的电源没 有关系，所以是一个对于开关外部负载非常方便的电路。BNPN詁体骨船场合（b） PNP晶休眷的场含图开路集电极电路（开略集电极的负载可议是堆电需灯池威者！卫门等.如果是NPX晶体营则在输 人汐时截止如果是PW昴体管讲在输人V时导通8.2发射极接地型开关电路的设计上面图8. 5所示电路的设计指标如下。 输入采用0V/+5V的4 0 0 0 E系列CMOS 逻辑电路的信号，接通/断开5mA的负载电流（+5V电源上连接RL=lk。发射极接地型开关电路的指标货载电流生电檢电濂$E （给5、连接lkfl的旬栽电取、输人18号Vil

10、-0V.Vih- + 5V(+5V, Vcbo+5V, C5mA的条件， 选择2SC 2 4 5 8 （东芝） 表8.1是2SC 2 4 5 8器件的特性。顺便指出，使用PNP晶体管时的电路就变成图8.7那样。当然使用时并不介意选择NPN晶体管还是PNP晶体管。图8.5的电路已经在集电极与+5V电源间连接了负载（RL=lk Q）,所以是根据这个电源电压和负载电流来决定晶体管的。在开路集电极的场合选择的方法也完全相同。由外部负载连接的电源电压和从输出端（集电极）吸入或流出的最大负载电流共同选择晶体管。 表乱I 2SC145S的特性（基翼昼的通用小信号品徉管.ffl J St大或开关.按亦帼分A0

11、-BLft4个档次）项n捋巧单覆50V集电极发射魅伺婕质VVh j50VVciOitVk15（；mA垂极电流somAPc200mW纺区温度口12ST 18保存温度T,55 125r掘大T r -X iH门电学特件7.? A頊衿号希定条件僅电hit、Ven ,JV-fi Q0, 1Vnn/（）0, 1rA克舐啦流放大俄敘V1；l： = SVJf.70700集电41发射戟何幄释电耳J（- I.i h!i A - Th I ：1n. 0* I0T ?sV特征频率ftVcfc=loVtfi I ra ASoMHi集电楼输出电容Q V：H 10 V J 卜：=Q / lMHi2r0SF 5養XFV5qE

12、=6V,Ic=tX 1mA f? = : kl S 左严、CL010dB忡!人.分类 Oj 7（* l/IOtY11240i GR jBL-1350- 700便用卩XPrf/1的发射极咚迪劇幵艾电蹄当这伞电閒輸人电用it I： Id低比上时晶滋管迂通 这可j 8.2.2当需要大的负载电流时发射极接地型开关电路的负载电流就是集电极电流，所以必须能够从输入端提供大于1/hFE的基极电流。对于图8.5的电路由于负载电流小，只有5 mA，所以没有什么问题。但是当负载电流达数百毫安以上时驱动基极的电路（接续输入端的电路）就有可能无法提供足够的基极电流。在这种情况下，需要采用称为“超 晶体管”的hFE非常

13、大的晶体管（例如2SC3113 （东 芝）的hFE可达到6 0 03 6 0 0 ），或者如图8.8所示将两个晶体管达林顿连接。如图8. 8所示，采用达林顿连接时Tr1的发射极电流全部变成Tr2的基极电流，所以总的h FE是各自晶体管的h FE之积（ h FE1 h FE2）。2*npn品休件ibjPNPnMW图&甘晶体管的达林帧连接見-冲聊聪Afe减搖根电浣的应比手沙茬功率应用中.也弃在个管直内 部作成达林顿连接的品体管例如，如果h fe 1 = h fe 2=1 0 0,那么总的 h fe就是1 0 0 0 0,用1mA的基极电流就 能够开关10A的集电极电流。但是在计算达林顿连接电路的基

14、极电流时需要注意的是，当晶体管导通时基极发射极之间的电压降是1 .21.4V（两个V be）。图8. 9是一例采用达林顿连接的开关电路，是一个电灯开关电路。 由于晶体管是达林顿连接，所以可以用0 .5mA的基极电流开关0 .9A的负载。在设计大负载电流的电路时， 还需要注意晶体管的集电极发射极间饱和电压Vce（sat）。尽管晶体管处于导通状态时的集电极发射极间电阻值非常小，但还不是零，所以当集电极电流流过时会产生电压降。这就是集电极饱和电压 V ce（ sat） sat是saturation的简写）。图8. 1 0是2SC 2 4 5 8的集电极流过1 00mA的负载电流时的开关电路。照片8.

15、 4是给这个电路输入1kHz,0V/+5V控制信号时的集电极波形。这个电路中，VcE（ sat）= 0.16V。晶体管处于导通状态时的功率损耗是V CE（ sat）与集电极电流之积，它们全部变成热损耗。所以当负载电流大时，必须注意晶体管的发热问题。灯 VJOOhiAxj44JV/i-irnAJ.62SDl40fiU.SmAS8-采用迟林顿晶保管的电灯芥关电路尽骨要軀动900mA,当采周迭林頓连按时龜人电潦只需蚕认SmA就可以了！它的 持点就足齡人电流很小）0A6200FI叱的 M 16V關片札4 给图8. 10的电路加1kHz* GV/ +R方波时的波帮2011-,. tl iv * IV d

16、iv ）（集电楼帼和电乐Vgz足（L 1GV.遠时秦电澄Itlhft间探过的亀嶽约为KWmA）图& W 集电摄饱和电压的测定电路燼据畫中2SC2V.8的为5 !V叽几 （L SSVCerax） fc = lOOfflA* fi= 10mA 时的测册 结峯）另外如图8.9所示，当发射极接地型开关电路中采用达林顿连接时，Tr2的集电极发射极间电压并不是 Vce（sat）而是Tf 2的Vbe（=0.6-0.7V）。这是因为Tf2的集电极电位如果不是与Tf 1的发射极电位（=Tf2的基极电位）同电位，那么Tf 1的基极集电极间的PN结将处于导通状态。因此，采用达林顿连接处理大电流时，特别要注意晶体管

17、的热损耗问题（0.60.7VX 集电极电流=热损耗）。8.2.3确定偏置电路 Ri、R2如果能使基极电流达到集电极电流的1/h FE倍，晶体管将处于导通状态。考虑到h FE的分散性或者基极电流受温度影响而变化等因素（因为Vbe具有温度特性，所以基极电流也随温度变化），应该使流过的基极电流稍大些。这叫做过驱动，通常设定为按所使用晶体管hFE的最低值计算得到的基极电流的1.52倍以上。X 1.5 ）0. 14m所以可以设定流过的基极电流大于0 .1mA（5mA/70）A（5mA/70）X2）。如图8.1 1所示，由于基极电位是+0.6V，所以输入信号为+5V时Ri上产生的电压降为4 .4V（但是要

18、注意，达林顿连接时基极电位为+1.2V）。按照上述条件，为使晶体管处于导通状态要求流过的基极电流为0 .2mA，所以Ri=22kQ（=4.4V/0.2mA）（但是忽略了流过R2的电流）。R2是输入端开路时确保晶体管处于截止状态的电阻。如果R2过大，将容易受噪声的干扰，过小则在晶体管处于导通状态时会有无用电流流过R2。这里设定R2=2 2k Q （与 Ri值相同）。最近，已经有些厂家产生出如图8.12所示那样内藏有偏置电阻的晶体管产品。Ri、R 2这对于开关电路电阻也有各种取值。如果使用内藏电阻的晶体管将会减少电路的元件数目,是很方便的。图乳H K：的电压降图 12 内錶电阻的晶体邕用的作用兄决

19、宦展戡电锻基极电流等舌（适F开戋：数宇电骼应用的品偉督不A意基竝4- 4V /RJ閘近的电阻.翫以便F在印制电路施上安装.实例见表10.2）8.2.4开关速度慢s量级照片8 .5是给图8.5的电路输入10 0kHz、0V/+5V方波时的输入输出波形。 当输入信号从0变化到+5V时，晶体管立即由截止状态变化到导通状态，输出信号也立即响应，从+5V变化到0V。但是，当从+5V变化到0V时，晶体管从导通状态变化到截止状态时却花费时间，从V变化到+5V时间滞后了。晶体管处于导通状态时有基极电流流过，所以在基区内积累有电子。因此，在这种状态下即使输入信号变成了0V,基区中的电子并不能立即消失（电荷存储效

20、应）。而且在基极限流电阻Ri的作用下，也不可能立即从基区取出全部电子，这就是造成时间滞后的原因。在开 关调节器之类使负载高速开关的应用电路中，这种时间滞后是很不利的。nwu kMt t 2.825 *11I v E I”:I照片眾5给图&5的电賂输人lOCkHz J： V +BV方波时的输人输出波形C 2ps/div * 5V?ydiv（晶体管由戲止到导通（g：HI时速度快，但是甘通戳止时”H1需要约2胡声）8.3如何提高开关速度使用晶体管开关时， 上述图8. 5电路的开关速度往往不能满足要求。许多应用需要高的开关速度。这里就提高速度的基本技术进行实验。8.3. 1使用加速电容图8.13是给基

21、极限流电阻 Ri并联小容量电容器的电路。这样，当输入信号上升、下降 时能够使Ri电阻瞬间被旁路并提供基极电流，所以在晶体管由导通状态变化到截止状态时能够迅速从基区取出电子（因为Ri被旁路），消除开关的时间滞后。这个电容器的作用是提高开关速度，所以称为加速电容。24皤人电小啟电漩Si x, 13 加速电容井联矗臺极电阻的上的电容器能够观疲落上升、下降时基槻电流变火加廛开关过程）照片8. 6是给图8. 13的电路输入10 0 kHz、0V/+5V方波时的输入输出波形。可以看出由于加速电容的作用，已经看不到照片8.5中的时间滞后。照片8.6中还看得不很清楚，实际上晶体管由截止状态到导通状态的时间也缩

22、短了。由于所使用的晶体管以及基极电流、集电极电流值等因素，加速电容的最佳值是各不相同的。因此，加速电容的值要通过观测实际电路的开关波形决定。对一般的晶体管来说，容量约为数十皮法至数百皮法。99.97951SH片8-6给图& 13的电路输人100kH2.0V/+5V方波时的输入输岀波形（2仲/ divv H V div J1（与照片8.5相比校，祈以沽楚地衬岀开关速度加快，这是加速电容的作用） 8.3.2肖特基箍位提高晶体管开关速度的另一个方法是利用肖特基二极管箍位。这种方法是7 4LS、 74ALS、74AS等典型的数字ICTTL的内部电路中所采用的技术。图8. 14是对图8. 5的电路进行肖

23、特基箍位的电路。 所谓肖特基箍位在基极集电极之间 接入肖特基二极管。这种二极管不是PN结， 而是由金属与半导体接触形成具有整流作用的 二极管，其特点是开关速度快，正向电压降 Vf比硅PN结小，准确地说叫做肖特基势垒二 极管。这里的肖特基二极管采用1SS 2 8 6 （日立）。照片8. 7是给图8. 14的电路输入10 0 kHz、 0V/+5V方波时的输入输出波形。 可以看出其效果与接入加速电容（参见照片8.6） 时相同，晶体管从导通状态变化到截止 状态时没有看到时间滞后。图8. 15是图8. 14的电路中晶体管处于导通状态（输出为0V）时的动作。如图8. 16所示，肖特基二极管的正向电压降

24、Vf比晶体管的Vbe小（图8. 14电路中的Vf0. 3 V）,所以本来应该流过晶体管的大部分基极电流现在通过Di被旁路掉了。这时流过晶体管的基极电流非常小，所以可以认为这时晶体管的导通状态很接近截止状态。因此，如照片8.7所示从导通状态变化到截止状态时的时间滞后非常小（基极电流小，所 以电荷存储效应的影响小）。照片8.7中，输出波形由0V变化到+5V时之所以波形上升沿不很陡，是由于 Ri与晶体管密勒效应构成低通滤波器的影响，与电荷存储效应没有关 系。图乱15晶体怦导通时的就态图进行肖特舗菽位的电路（发射彊接地型开关电路中在華械-塞亀极之间连接 宵特基二极管能卒樋髙开关速度.这就是 犒位）晶体

25、骨处丁导通狀总时（输出为啊八本来应该施 过晶怵管的基极电施的大部分ift过D*.这时晶体 管处于很接近截止狀态的导通狀态、11M匸向电压斤/V鼎片S-7给图民14的电路输人lOCkJb,W +汕方波吋的输人输出波形（2s div, fj r rliv）I（由于胃待墓箍位品体管由导通变化劉“止时的时間滞后丿讥的上升沿不聂狠腌昂曲于奇勒效应壇大怙怖管辖人电容的姑社图！k M 肖特战二般皆ISS2的正向电压降:疔棊皐二接管口舰的显二械管相I ：它的IE就屯 斥降 F小 甘图.丨！的电路中如卑，1mA的塔 极电盧全部蹴过m.那么邸型曲这个曲线得出v S, 3V）8.3.3如何提高输出波形的上升速度照片

26、8.8是图8.14所示的电路中Ri=lk Q时的开关波形（输入信号是10 OkHz、0V/+5V的方波）。可以看出当Ri小时由于低通滤波器的截止频率升高，所以输出波形从0V变化到+5V时的上升速度加快了。加速电容是一种与减小 Ri值等效的提高开关速度的方法（减小Ri值，也会加快输出波形的上升速度）。肖特基箍位可以看作是改变晶体管的工作点，减小电荷存储效应影响，提高开 关速度的方法。煞卅x.n RU. i t电路屮时的开关波形(2ps/div* SV/div)f由于町值小.峪与晶体管输人电容构成的低通se*s的裁止撕率提离了.其结果加速细的上升速班)由于肖特基箍位电路不像接入加速电容那样会降低电

27、路的输入阻抗，所以当驱动开关电路的前级电路的驱动能力较低时，采用这种方法很有效。在设计这种电路时需要注意肖特基二极管的反向电压V R的最大额定值。肖特基二极管中某些器件的VR最大额定值非常低(高频电路中应用的某些器件仅为3V)。图8.1 4的电 路中因为晶体管截止时电源电压原封不动地加在Di上，所以必须使用 Vr的最大额定值大于5V的器件(1SS286是25V)。8.4.1给射极跟随器输入大振幅射极跟随器是电压放大倍数为1的放大电路。这种电路具有直流增益， 利用输入大振幅的方波可以起到与开关电路相同的作用。图8. 17示出将射极跟随器演变为开关电路的过程。首先，为了获得直流增益从图8.17(a

28、) 般的射极跟随器中去掉输入输出耦合电容Ci和C2,变成图8.17(b )所示的电路。由于没有必要给基极加偏置电压(因为输入信号为0V时晶体管处于截止状态)， 所以如图8.17(c )所示再去掉1。但是，为了确保没有输入信号时晶体管处于截止状 态，所以保留使基极处于GND电位的电阻R2。这样就把射极跟随器变成了开关电路。(叮普通的输人小)宜湘合S. 17射舉巖碗器演变为开关电路 ”关製求转方f潦的啓丸帶数”听克矜夸必轻傑祈耦合屯容 举用的哄型电瞎心图 . 17( c)图8.18的电路是给图8.17(c )的电路赋予具体电路常数值的射极跟随器型开关电 路。照片8.9是给这个电路输入1kHz、 4

29、 V p-p的正弦波时的输入输出波形。 当输入信号的振幅在+0. 6V以下时晶体管处于截止状态，所以只有i的正半周波形作为输出波形出现。而且的振幅值总比 低0 .6V(晶体管的 Vbe)。图乱怡 射扱跟随器型开关电路 (濠辭合射低眼甌器E怕的电路第构.閣为咼也 I；气门为尊准”所以枪出值星从大于曲百対的人电 压中减去且綸人输出同棚)廉片乩9给图乳18的射极拟葩器加【V吋的正歿波时的输入输出波形与发射极接地型开关电路的开路集电极相对应，把这种电路叫做开路发射极电路。它应用于高速开关外部负载的场合。8.4.3设计开关电路的指标图8. 18的电路的设计指标如下。这是应用0V/+5V的4 0 0 0

30、E系列CMOS逻辑电路的信号对5mA的负载电流进行接通/断开的电路。射极跟连晟型开关的指标员戏电发射械电流.1 m X: c.c1V, i 找电阻 1km输人信号X u. V .V|Hbj. :#1 CMOS逻辑电踣的墙出8.4 .4晶体管的选择负载电流（发射极电流）的指标是5mA，所以晶体管的集电极电流（=发射极电流）的最 大额定值必须大于5mA。因为必须由4 0 0 0 E系列CMOSIC提供基极电流，所以为了将基极电流抑制在0.1mA （般不怎么能够从4000E系列CMOSIC中取出电流），而负载电流是5 mA, 所以hFE必须在5 0（=5mA/0.1mA）以上。另外，晶体管处于截止状

31、态时电源电压（在这里是+5V） 是加在集电极发射极间和集电极基极间，所以所选择晶体管的集电极发射极间和集电极基极间的最大额定值Vceo、Vcbo必须大于电源电压。按照Ic5mA, hFE5 0, Vceo$V, Vcbo$V的条件，与发射极接地时情况相同选 择2SC 2 4 5 8 （东芝）。当然使用PNP晶体管也无妨，不过这时的电路变成图8.2 0所示的那样。开路发射极的设计也完全相同，由加在外部负载上的电压以及从输出端（发射极）流出或者吸入的最大负载电流为根据选择晶体管。射极跟随器型开关电路的负载电流原封不动地就是发射极电流，所以必须给输入端提供它的1/ hFE的基极电流。但是当负载电流大

32、时，有可能无法提供驱动输入端电路所必要的基极 电流。在这种情况下，仍然和发射极接地时的办法一样，或者采用超晶体管，或者如图8.21所示将晶体管达林顿连接使用。但是，达林顿连接时需要注意发射极电位要比基极电位低1.21.4V（两个 Vbe）。射极跟随器型开关电路中当晶体管处于导通状态时，发射极电位比基极电位低0.60.7V。因此，即使基极电位与集电极电位（即电源电压）相等，晶体管的集电极发射极间电压VCE还是0 .60.7V（达林顿连接时是1 .21.4V）。这个Vce与集电极电流发射极电流）之积就是晶体管的热损耗， 所以当负载电流大时应该注意晶体管的发热问题。+5VR 1 瓶IttlJ 0 6

33、V Uk 输出输冬I启尙n+5V 1| 厂+O.6V-J LJQV 1 1_12SAKM8图& 20便用PNP晶体管的射极跟馳器型开关电路f是把图&的鶯1丫型晶体愫操为型的电畤应诙注意输人OV时输出是0.6V, 体管未饱和口8.4.5偏置电阻1的确定 8,21采用达林辕连接的射极跟融器型幵关电路当希要鶴供大的负载电采用达林疑审 接.巅近的功率晶悴管内斷大曙是达林顿型的Ri是当输入端开路时为确保晶体管处于截止状态所使用的电阻。当Ri值大时容易受噪声的影响，反之，当 Ri值小时将有无用电流从输入端流入Ri。这里设定Ri =10k Qo8.5.1 继电器驱动电路图8.22 是用晶体管驱动继电器的电路

34、。继电器是磁性机械开关元件，是用逻辑信号开 关各种信号时使用的元件。照片8.1 1示出各种继电器。由继电器的大小决定能够开关的信号的大小。图8.22的电路就是把图8. 5电路中的负载电阻置换为继电器的开关电路。这个电路必须注意的是在继电器线圈上并联有二极管。当开关的负载为电动机或者继电器等电感性负载时，在截断流过负载的电流时 （晶体管进入截止状态时）会产生反电动势（楞茨定则）。这时产生的电压非常大。当这种电压超过晶体 管的集电极基极间、集电极发射极间电压的最大额定值VcBO、VcEO时，晶体管将会被击穿。因此实际上如图8.22所示，给负载（线圈）并联接续二极管（注意如果二极管的方向与 图示方向

35、相反，后果将很严重！）。这样一来，由于开关截止时产生的反电动势，当集电极 的电位变为电源电压（图8.22中为+12V）+0.6V（二极管的正向电压降）时， 二极管处于导通状态， 使反电动势闭合（也可以认为集电极电位被箍位在电源电压+0.6V）。也就是说，由于集电极的电位不高于电源电压+0.6V,所以能够防止晶体管被击穿。这个晶体管叫做续流二极管或者闭合二极管。4KO琳也娜控制 何号卧OFF为了防止开姜聯砒1E昵韵势抽坏黑体* 22缮电器联动电路（继电器线翩的體运电压由设计規格决宦.设置电脸时将继电线圈接人品炼11:的集电极*就範够箏照片乩II电子电路屮便用的堆电器（近来小型电动机爹使用制作iT

36、i J刷电眯吨上的堆 电内都填充了惰性气体.可以碼长使用寿金）照片8. 12是图8. 2 2的电路中没有接续流二极管时的集电极波形（控制信号是15 0Hz、0V/+5V的方波）。 继电器线圈产生的反电动势电压达到了1 40V!大大超过2SC 2 4 5 8的最大额定值 VCBO= VCEO=50Vo 在这种状态下，开关晶体管难免会被击 穿。照片8.13是接续了续流二极管时（参见图8.22 ）的集电极波形，这个续流二极管采 用硅二极管1SS176（最大反向电压是35,最大正向电流是3 0 0 mA，东芝）。可 以看出由于续流二极管使反电动势闭合，所以没有产生高于电源电压的电压（照片中看不清 楚，

37、实际上继电器断开时的瞬间电压是电源电压+0.6V）o鮭 3 Hi越H股關的反电动式ovSOUL 1H籍片H.I2继电器上没佇并朕二楼许时的集电帳波形【；讣div- 50X div）实验中采用12VM.是从披形上看出晶协管 醜止时产空的蜂值达期140W律恃将会叢击穿8.5.2LED显示器动态驱动电路（发射极接地） 图8. 23是7段LED发光二极管驱动电路。 CD输出时应用得很多，是一种很常见的电路。 照片8.1 4是一例7段LED。朋片礼13琏电器上并狐冇二极衽时的集电极波形Clms/drv, 5V/div）；与腌片FU2相比较发现段宥产生恆电动勢以官必契在绻电掘等线悯上并联童谦二棣管）这种7

38、段LED在用数字显示数字电路的E-+5VJ5vSfF0 Snut5.6kX72SA!04. -尸旳柚72I.ED HDSP 伽蓟 HP|SOmALEDpSj 由區嚓!原片 14 数字显示用：段LED的一例（选牛例卡是*位显示.每一位有7个【” El7段用7洋的餾令翅示门的数和照H. 14数字悍不川了段LE的一例；这个例f址；他越衣利位住丁个匚卜：门一7円用7呂的组合U7的壮护在LED显示器的场合， 如果位数（LED的器件数）多，那么将有很多静态电流流过LED,消耗许多功率。因此经常采用一位一位依次点灯的动态点灯方式。动态点灯时在某一位点灯期间其他各位都处于熄灯状态（通常只有一位处于点灯状态），

39、所以能够降低功耗。图8.23的电路是由上方采用PNP晶体管的开路集电极电路与下方采用NPN晶体管达林 顿连接的开路集电极电路以及中间夹入的LED构成的电路。上方是与段（器件）相对应的开关，下面是与数字（位）相对应的开关。只有当上下两方都处于导通状态时LED才会有 电流流过而发光。下方的位开关中会流过7个段的电流，因此采用达林顿连接以保证能够吸收大电流。图8. 2 4是图8. 2 3电路的控制信号的工作波形。通过DG。DG 2数字信号依次为+5V,对位进行扫描。这时，a的段信号控制输入信号电平（0V:发光，+5V:熄灯），使得发光的位显示为文字。 一个位发光的时间一般是几百微秒至几毫秒。通常这种

40、动态驱动电路的驱动 （形成图8.24那样的周期）是利用微处理器进行。如果是一般的L动态ED（不是高辉度灯泡） 静态发光，流过LED的电流有几毫安至几十毫安就足够了。 点灯时由于熄灯的时间较长，流过静态发光场合电流的23倍就能够获得足够的辉度。父巴V遵灭DCDC7Xov17XhXDCX图札2动态哪动电路的作波羽示中.DGo-DGi的丁伟波曙快遽依次重星，与段魚慚含的LE门卷址显示散字）图8. 23的电路中，每段LED各流过30mA电流。流过LED的电流由串联到各段的限流电阻RiR7决定。首先，由于2SA 1 0 4 8置于导通状态时的饱和电压VcE（sat）非常小（0 .IV以下），可以忽略不计

41、。所以，从电源电压减去7段LED的电压降2V（显示用LED的正向电压降与流过的电流不怎么有关，为2V）以及达林顿连接的集电极发射极间电压0.6V值余下的就是加在 冃R7上的电压。为了使流过LED的电流为3 0mA，取R1- R7=82Q（=（5V-2V-0.6V）/30mA）o图8. 23的电路采用了7段LED有共同阴极的共阴极型LED。如果是采用共阳极型LED,其电路如图8.25所示，段一侧的开关电路要与数字型开关电路调换。KPIlldHDSP73O：(HP)0 OViO.Nni.AICOMInC LA：LLDVjin巴孑鼻ii 2SCJ45Sr/图S.25 典阳槪LED的动态骡动越路门位）

42、（快用共阳极51 LEbBfHi的晶协符构成Lj图8. 23的电路上下宪全对称这时需翌PNP型达林址连接8.5.3LED显示器动态驱动电路（射极跟随器）图8. 2 6与图8. 2 3相同也是7段LED的动态驱动电路。数字一侧的驱动电路是达林顿连接的发射极接地型开关。段驱动电路采用NPN晶体管射极跟随器型开关。这个电路与前面的图8.23比较，由于采用射极跟随器型开关，所以没有必要给基极插入限流电阻， 从而减少了电路的元件数目。流过段的电流也与图8.23的电路相同，设定为30 mA。由于射极跟随器型开关晶体管的CE是0.6V （图8. 23的发射极接地型开关中 Vce （sat）在0 .IV以下，可以忽略），所以 RiR7的值小了（ RiR7 =（5V-2V-0.6 V0.6V）/30mA62 。0. ImAUlTI| 丽nn |JSC 245 SLED的电 压降鮒2E疔F4-5 VON共阳叹?；TIDHDSP7303 c d e 芒一1恥-iDp/ DpI 1人_ rGfr叫郵lOlTiilAl2SL 566S H2SC245R2 SC 366 iJ RWielA 皿回 2S245822kS 8. 26 LED的动舊骡动电路与ffi. 23的駅动电路不同上方段一*|的葩体管是射械跟馳器电阻减小至 于