晶體管或許可以說是整個電子信息系統(tǒng)以及集成電路的基石。三極管電路也是最為常見的電路模塊,其應用也極為靈活。我記得前幾年看過晶體管設計一書中,有一段話我一直印象很深刻,大致意思是說,如果想制作一個電路,只需要將幾個IC組合起來,起振復位上電源大體就可以簡單地完成了。
但是,如果掌握了晶體管和MOS管的相關知識后,對于電路系統(tǒng)的認識將會大為不同。因為,以IC為單位作為黑盒子來考慮,此時IC被一定程度上認為是理想器件,但是,以單個晶體管放大電路為例,電壓增益是有限的,輸入電流是以基極電流的形式存在并不是理想放大器的0電流,但是我們懂得晶體管后,我們可以知道其內(nèi)部結構,通過內(nèi)部結構,我們結合外部電路,能夠幫助我們更好的理解分析,調(diào)試電路。
1. 三極管的開關電路
開關電路應用的普遍性就不用我多講了。輸入電壓Vin控制三極管開關的開啟(open) 與閉合(closed) 動作,當三極管呈開啟狀態(tài)時,負載電流便被阻斷,反之,當三極管呈閉合狀態(tài)時,電流便可以流通。詳細的說,當Vin為低電壓時,由于基極沒有電流,因此集電極亦無電流,致使連接于集電極端的負載亦沒有電流,而相當于開關的開啟,此時三極管工作在截止(cut off)區(qū)。
同理,當Vin為高電壓時,由于有基極電流流動,因此使集電極流過更大的放大電流,因此負載回路便被導通,而相當于開關的閉合,此時三極管工作在飽和區(qū)(saturation)。
圖1 基本三極管開關
一般而言,可以假設當三極管開關導通時,其基極與射極之間是完全短路的。
應用實例:
下圖是英特爾公司某塊主板中電路圖的一部分,就是一個典型的三極管應用電路。
圖2 三極管開關電路應用實例
電路分析:
當A為高電平時,三極管1導通,所以輸出B點跟發(fā)射極電平相同,為低電平;因為B為低電平,所以三極管2截止,輸出C為高電平。
當A為低電平時,三極管1截止,所以輸出B點為高電平;因為B為高電平,所以三極管2導通,輸出C為低電平。
2. 三極管的推挽型射極跟隨器
由于射極帶負載電阻的射極跟隨器,在輸出很大電流時也就是阻抗較低情況時,輸出波形的負半軸會被截去,不能得到完整的輸出最大電壓而失真。為提升性能并改善這個缺點將發(fā)射極負載電阻換成PNP管的射極跟隨器電路稱之為推挽射極跟隨器。
【電路分析】
由于上邊的NPN晶體管將電流“吐出來”給負載(對應推,source current),PNP晶體管從負載將電流“吸進來”(對應挽,sink current),所以稱為推挽(push-pull)。但是此電路的缺點是在0V附近晶體管都截止,會產(chǎn)生交越失真。推挽電路以及拉電流、灌電流是實際工程系統(tǒng)中非常重要的概念,通過此電路學習理解此概念非常易懂。
交越失真是指正弦波的上下側(cè)沒有連接上的那部分,此失真的原因在于晶體管的基極都是連在一起的,所以基極電位是一樣的。當輸入信號在0V附近時,基極-發(fā)射極間沒有電位差,因此沒有基極電流的流動。也就是,此時兩個晶體管都是截止的,并沒有工作。
另外,即便是基極上加上了輸入信號,對上側(cè)在基極電位比發(fā)射極電位高0.6V以前,也不會工作。反之,對于下側(cè)晶體管的基極只有比發(fā)射極低0.6V以后才能工作。所以,體現(xiàn)在波形上就會產(chǎn)生一個交越失真的盲區(qū)。
不過,此電流稍加修改就是一個很好用的電路了,思路很簡單,用兩個二極管在每個晶體管的基極上加上大概0.6V的二極管的正向壓降--補償電壓,就可以抵消晶體管的盲區(qū)了。如下圖所示:
此電路用兩個二極管的壓降抵消晶體管的基極-發(fā)射極間的電壓Vbe,可以認為晶體管的空載電流幾乎為0。所以當不存在信號時,就也沒有晶體管的發(fā)熱問題。順便提一下,這個電路中在輸出狀態(tài)總有一個晶體管處于截止狀態(tài)的電路稱之為B類放大器,舉一反三的,如果只有一個管子且晶體管常進行工作的電路稱之為A類放大器。
這樣一來,射極跟隨器-推挽電路-拉電流,灌電流-A類放大器,B類放大器,這些知識就可以串起來了,那么有沒有想過同樣非常常用的D類放大器?又有什么樣的特點呢?
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