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1 .基本用法用BJT晶體管實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能是一種常用的實(shí)用電路。 與邏輯門電路一樣，將BJT用于開關(guān)電路時(shí)，也只能在飽和區(qū)域和截止區(qū)域工作。
如下圖所示，開關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)電路也可以是發(fā)光二極管、電機(jī)等。
圖3-10.01
開關(guān)電路的動(dòng)作原理如下。
向vi輸入0V時(shí)，晶體管截止，負(fù)載RL中沒有電流流動(dòng)
向vi輸入高電平時(shí)，晶體管導(dǎo)通，達(dá)到飽和狀態(tài)，電流流過負(fù)載RL，負(fù)載的電壓與VCC-VCEsat大致相等。
開關(guān)電路的RB值的設(shè)計(jì)思路也與上述邏輯門相同，根據(jù)負(fù)載RL的實(shí)際情況計(jì)算晶體管進(jìn)入飽和區(qū)域的RB，并代入計(jì)算結(jié)果。 詳細(xì)參照以下示例。
在案例3-10-1以下開關(guān)電路中，VCC=12V，電機(jī)負(fù)載的有效電阻為RL=5，晶體管的=100，要求vi的導(dǎo)通電壓為5V。 ()1)能夠操作電路的RB； )2)負(fù)載電流IL和負(fù)載功耗PL； (3)晶體管本身的損耗功率。
圖3-10.a1
33558www.Sina.com/(1)晶體管臨界飽和時(shí)：
此時(shí)的臨界飽和電流ICsat如下。
然后，計(jì)算臨界飽和時(shí)的IBsat值。 (處于臨界飽和時(shí)，仍視為100 )。
設(shè)立該IBsat的RBsat如下。
為了使BJT達(dá)到更深的飽和，假設(shè)將RB選擇為小于RBsat的值，并選擇為100。
33558www.Sina.com/Rb為100時(shí)，IB如下所示。
此時(shí)的電流放大率如下。
在該RB值中，向vi輸入5V，接通BJT，則晶體管確實(shí)處于飽和區(qū)域，可知原來的假設(shè)是正確的。
(2)當(dāng)晶體管飽和時(shí)，負(fù)載電流IL如下。
負(fù)載下的功耗PL如下所示。
)3)晶體管的損耗功率PD如下。
可知晶體管中的損耗功率PD與負(fù)載功率PL相比還很小。
)4)補(bǔ)充說明：
在這種情況下，負(fù)載是電動(dòng)機(jī)，一般對(duì)于含有這樣的電感的負(fù)載(電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等)，用晶體管直接切斷比較危險(xiǎn)。 這是因?yàn)椋姼兄械碾娏骷眲∽兓瘯r(shí)，電感上會(huì)產(chǎn)生非常大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)超過晶體管的破壞電壓而破壞晶體管。
.2em;">? ? ? 所以一般的處理方法是在含有電感的負(fù)載旁邊并聯(lián)一個(gè)反向二極管，從而使得當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，電感中的剩余電流能夠有回路泄掉，而不至于突變產(chǎn)生高壓，如下圖所示：
圖3-10.a2?
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2. 開關(guān)特性? ? ? 由于有內(nèi)部PN結(jié)和少數(shù)載流子的存在，所以和二極管一樣，BJT晶體管在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)也不是瞬間完成的，而是有一定的延遲時(shí)間，如下圖所示：
圖3-10.02?
? ? ? ? td：延遲時(shí)間（delay time），當(dāng)基極輸入變?yōu)楦唠娖胶螅琁C從0上升到目標(biāo)值的10%所需的時(shí)間。
? ? ? ? tr：上升時(shí)間（rise time），IC從10%上升到90%所需的時(shí)間。
? ? ? ? ton：開啟時(shí)間（on time），ton=ts+tr，當(dāng)IC從0上升到90%時(shí)，我們就可以認(rèn)為晶體管已基本開啟。
? ? ? ? ts：存儲(chǔ)時(shí)間（storage time），當(dāng)基極開路或輸入低電平后，IC從100%下降到90%所需的時(shí)間。
? ? ? ? tf：下降時(shí)間（fall time），IC從90%下降到10%所需的時(shí)間。
? ? ? ? toff：關(guān)斷時(shí)間（off time），toff=ts+tf，當(dāng)IC從100%下降到10%時(shí)，我們就可以認(rèn)為晶體管已基本關(guān)斷。
? ? ? 這些參數(shù)在晶體管數(shù)據(jù)規(guī)格書中都會(huì)給出，仍以3-8小節(jié)的2N4123為例，在規(guī)格書的Figure 2中，可讀出這些參數(shù)值：
圖3-10.03?
? ? ? 當(dāng)IC=20mA時(shí)，在圖中可大致讀出：
? ? ? td = 13ns， tr=13ns， ts = 110ns， tf = 11ns
? ? ? ? 開啟時(shí)間為：ton = td + tr = 13ns + 13ns = 26ns
? ? ? ? 關(guān)斷時(shí)間為：toff = ts + tf = 100ns + 11ns = 111ns
? ? ? 在要求不太高的功率開關(guān)場(chǎng)合，以上的延遲時(shí)間基本也夠用了。另外有一類晶體管稱為開關(guān)型晶體管（switching transistor），其開啟和關(guān)斷時(shí)間要比上面的值再hcdby個(gè)數(shù)量級(jí)，都只有十幾個(gè)納秒（如BSV52等），具體可參看相關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)格手冊(cè)。
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