三極管開關電路的常用改良措施和應用分析

三極管開關電路作為一種被廣泛應用在開關電路模式，其本身具有設計簡單、工作穩定等特性。然而，在實際運用中，工程師也需要依據環境要求，對三極管開關電路進行相應的改良，使其更加適合設計條件的需要。在今天的文章中，我們將會為大家分享一些比較經常用到的開關電路改良措施，希望能夠對各位工程師的工作有所幫助。

在一些對三極管開關電路動作速度要求較高的環境，例如通訊領域，要求開關電路需要具備快速切換動作的特性，因此我們也就必須采取相應的改良措施，以加快三極管開關的切換速度。下圖中，圖1為一種常見的切換速度改良方式，此方法只須在RB電阻上并聯一只加速電容器。因此，當Vin由零電壓往上升并開始送電流至基極時，電容器由于無法瞬間充電，故形同短路，然而此時卻有瞬間的大電流由電容器流向基極，因此也就加快了開關導通的速度。稍后待充電完畢后，電容就形同開路，同時，這樣做還不會影響三極管的正常工作。

圖1 加了加速電容器的三極管開關電路

當開關電路采用了這種加入加速電容器的輔助電路后，一旦輸入電壓由高準位降回零電壓準位時，電容器會在極短的時間內即令基射極接面變成反向偏壓，而使三極管開關迅速切斷。在這一工作運行過程中，三極管開關之所以能夠快速被切斷，是由于電容器的左端原已充電為正電壓，因此在輸入電壓下降的瞬間，電容器兩端的電壓無法瞬間改變仍將維持于定值，因此輸入電壓的下降立即使基極電壓隨之而下降，因此令基射極接面成為反向偏壓，而迅速令三極管截止。適當的選取加速電容值可使三極管開關的切換時間減低至幾十分之微秒以下，大多數的加速電容值約為數百個微微法拉（pF）。

在使用這種加入加速電容器的輔助電路，為三極管開關電路加快切斷速度時，有一個需要注意的問題是，有的時候三極管開關的負載并非直接加在集電極與電源之間，而是會接成圖2的方式。從圖2中我們可以看到，這種接法和小信號交流放大器的電路非常接近，只是少了一只輸出耦合電容器而已。這種接法和正常接法的動作恰好相反，當三極管截止時，負載獲能，而當三極管導通時，負載反被切斷，這兩種電路的形式都是常見的，因此工程師需要綜合判斷自己所采取的加速設置是否符合當前電路設計的需要。

圖2 將負載接于三極管開關電路的改進接法

還有一種情況是三極管開關電路在應用過程中比較經常遇到的。我們假設在圖2中的三極管開關加上了電容性負載（假定其與RLD并聯），那么在三極管截止后，由于負載電壓必須經由RC電阻對電容慢慢充電而建立，因此電容量或電阻值愈大，時間常數便愈大，而使得負載電壓之上升速率愈慢。然而，在某些應用中，這種現象是不允許存在的，因此在面對這種情況時我們就必須采用圖3所提供的圖騰式改良電路進行改良設計了。

圖3 圖騰式三極管開關電路

首先來解釋一下圖騰式電路的含義。所謂的圖騰式電路，指的是將一只三極管直接迭接于另一個三極管之上所構成的電路模式，這一電路也因該種結構而得名。在圖騰式電路中，如果想要讓負載獲能，那就必須使Q1三極管導通，同時使Q2三極管截斷，這樣一來負載便可經由Q1而連接至VCC上。如果想要使負載去能，必須使Q1三極管截斷，同時使Q2三極管導通，如此負載將經由Q2接地。由于Q1的集電極除了極小的接點電阻外，幾乎沒有任何電阻存在，如上圖圖3所示，因此負載幾乎是直接連接到正電源上的，也因此當Q1導通時，就再也沒有電容的慢速充電現象存在了。所以可說Q1將負載拉起，而稱之為“挽起三極管”，Q2則稱為拉下三極管。

在上圖圖3所提供的圖騰式三極管開關電路中，我們可以看到，該電路系統左半部的輸入控制電路，負責Q1和Q2三極管的導通與截斷控制，但是必須確保Q1和Q2使不致同時導通，否則將使VCC和地之間經由Q1和Q2而形同短路，果真如此，則短路的大電流至少將使一只三極管燒毀。因此圖騰式三極管開關絕對不能采用并聯方式來使用，否則只要圖騰上方的三極管Q1群中有任一只導通，而下方的Q2群中又恰好有一只導通，電源便經由導通之Q1和Q2短路，而造成嚴重的后果。

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