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[導(dǎo)讀]本文為面包板社區(qū)博主ASDK原創(chuàng)。本文你可以獲得什么?1、學(xué)會(huì)實(shí)際工程應(yīng)用中常用的三極管電路(以英特爾公司經(jīng)典電路為例);2、學(xué)到推挽電路,并且了解非常重要的拉電流和灌電

本文為面包板社區(qū)博主ASDK原創(chuàng)。

本文你可以獲得什么?

1、學(xué)會(huì)實(shí)際工程應(yīng)用中常用的三極管電路(以英特爾公司經(jīng)典電路為例);

2、學(xué)到推挽電路,并且了解非常重要的拉電流和灌電流的來源及概念;

3、數(shù)字集成電路暢行的年代,為什么還需要學(xué)習(xí)模擬知識(shí),背后的邏輯又是什么?

晶體管或許可以說是整個(gè)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(yīng)用也極為靈活。我記得前幾年看過晶體管設(shè)計(jì)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(gè)電路,只需要將幾個(gè)IC組合起來,起振復(fù)位上電源大體就可以簡(jiǎn)單地完成了。

但是,如果掌握了晶體管和MOS管的相關(guān)知識(shí)后,對(duì)于電路系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)將會(huì)大為不同。因?yàn)?,以IC為單位作為黑盒子來考慮,此時(shí)IC被一定程度上認(rèn)為是理想器件,但是,以單個(gè)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(jié)構(gòu),通過內(nèi)部結(jié)構(gòu),我們結(jié)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(guān)電路

開關(guān)電路應(yīng)用的普遍性就不用我多講了。輸入電壓Vin控制三極管開關(guān)的開啟

(open) 與閉合(closed) 動(dòng)作,當(dāng)三極管呈開啟狀態(tài)時(shí),負(fù)載電流便被阻斷,反之,當(dāng)三極管呈閉合狀態(tài)時(shí),電流便可以流通。詳細(xì)的說,當(dāng)Vin為低電壓時(shí),由于基極沒有電流,因此集電極亦無(wú)電流,致使連接于集電極端的負(fù)載亦沒有電流,而相當(dāng)于開關(guān)的開啟,此時(shí)三極管工作在截止(cut off)區(qū)。

同理,當(dāng)Vin為高電壓時(shí),由于有基極電流流動(dòng),因此使集電極流過更大的放大電流,因此負(fù)載回路便被導(dǎo)通,而相當(dāng)于開關(guān)的閉合,此時(shí)三極管工作在飽和區(qū)(saturation)。

 

 

圖1 基本三極管開關(guān)

一般而言,可以假設(shè)當(dāng)三極管開關(guān)導(dǎo)通時(shí),其基極與射極之間是完全短路的。

應(yīng)用實(shí)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(gè)典型的三極管應(yīng)用電路。

 

 

圖2 三極管開關(guān)電路應(yīng)用實(shí)例

電路分析:

當(dāng)A為高電平時(shí),三極管1導(dǎo)通,所以輸出B點(diǎn)跟發(fā)射極電平相同,為低電平;因?yàn)锽為低電平,所以三極管2截止,輸出C為高電平。

當(dāng)A為低電平時(shí),三極管1截止,所以輸出B點(diǎn)為高電平;因?yàn)锽為高電平,所以三極管2導(dǎo)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(fù)載電阻的射極跟隨器,在輸出很大電流時(shí)也就是阻抗較低情況時(shí),輸出波形的負(fù)半軸會(huì)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(gè)缺點(diǎn)將發(fā)射極負(fù)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(fù)載(對(duì)應(yīng)推,source current),PNP晶體管從負(fù)載將電流“吸進(jìn)來”(對(duì)應(yīng)挽,sink current),所以稱為推挽(push-pull)。但是此電路的缺點(diǎn)是在0V附近晶體管都截止,會(huì)產(chǎn)生交越失真。推挽電路以及拉電流、灌電流是實(shí)際工程系統(tǒng)中非常重要的概念,通過此電路學(xué)習(xí)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(dāng)輸入信號(hào)在0V附近時(shí),基極-發(fā)射極間沒有電位差,因此沒有基極電流的流動(dòng)。也就是,此時(shí)兩個(gè)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(hào),對(duì)上側(cè)在基極電位比發(fā)射極電位高0.6V以前,也不會(huì)工作。反之,對(duì)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)交越失真的盲區(qū)。

不過,此電流稍加修改就是一個(gè)很好用的電路了,思路很簡(jiǎn)單,用兩個(gè)二極管在每個(gè)晶體管的基極上加上大概0.6V的二極管的正向壓降--補(bǔ)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(gè)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(rèn)為晶體管的空載電流幾乎為0。所以當(dāng)不存在信號(hào)時(shí),就也沒有晶體管的發(fā)熱問題。順便提一下,這個(gè)電路中在輸出狀態(tài)總有一個(gè)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的電路稱之為B類放大器,舉一反三的,如果只有一個(gè)管子且晶體管常進(jìn)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(shí)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(diǎn)呢?

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