三极管开关电路的常用改良措施和应用分析

三极管开关电路作为一种被广泛应用在开关电路模式，其本身具有设计简单、工作稳定等特性。然而，在实际运用中，工程师也需要依据环境要求，对三极管开关电路进行相应的改良，使其更加适合设计条件的需要。在今天的文章中，我们将会为大家分享一些比较经常用到的开关电路改良措施，希望能够对各位工程师的工作有所帮助。

在一些对三极管开关电路动作速度要求较高的环境，例如通讯领域，要求开关电路需要具备快速切换动作的特性，因此我们也就必须采取相应的改良措施，以加快三极管开关的切换速度。下图中，图1为一种常见的切换速度改良方式，此方法只须在RB电阻上并联一只加速电容器。因此，当Vin由零电压往上升并开始送电流至基极时，电容器由于无法瞬间充电，故形同短路，然而此时却有瞬间的大电流由电容器流向基极，因此也就加快了开关导通的速度。稍后待充电完毕后，电容就形同开路，同时，这样做还不会影响三极管的正常工作。

图1 加了加速电容器的三极管开关电路

当开关电路采用了这种加入加速电容器的辅助电路后，一旦输入电压由高准位降回零电压准位时，电容器会在极短的时间内即令基射极接面变成反向偏压，而使三极管开关迅速切断。在这一工作运行过程中，三极管开关之所以能够快速被切断，是由于电容器的左端原已充电为正电压，因此在输入电压下降的瞬间，电容器两端的电压无法瞬间改变仍将维持于定值，因此输入电压的下降立即使基极电压随之而下降，因此令基射极接面成为反向偏压，而迅速令三极管截止。适当的选取加速电容值可使三极管开关的切换时间减低至几十分之微秒以下，大多数的加速电容值约为数百个微微法拉（pF）。

在使用这种加入加速电容器的辅助电路，为三极管开关电路加快切断速度时，有一个需要注意的问题是，有的时候三极管开关的负载并非直接加在集电极与电源之间，而是会接成图2的方式。从图2中我们可以看到，这种接法和小信号交流放大器的电路非常接近，只是少了一只输出耦合电容器而已。这种接法和正常接法的动作恰好相反，当三极管截止时，负载获能，而当三极管导通时，负载反被切断，这两种电路的形式都是常见的，因此工程师需要综合判断自己所采取的加速设置是否符合当前电路设计的需要。

图2 将负载接于三极管开关电路的改进接法

还有一种情况是三极管开关电路在应用过程中比较经常遇到的。我们假设在图2中的三极管开关加上了电容性负载（假定其与RLD并联），那么在三极管截止后，由于负载电压必须经由RC电阻对电容慢慢充电而建立，因此电容量或电阻值愈大，时间常数便愈大，而使得负载电压之上升速率愈慢。然而，在某些应用中，这种现象是不允许存在的，因此在面对这种情况时我们就必须采用图3所提供的图腾式改良电路进行改良设计了。

图3 图腾式三极管开关电路

首先来解释一下图腾式电路的含义。所谓的图腾式电路，指的是将一只三极管直接迭接于另一个三极管之上所构成的电路模式，这一电路也因该种结构而得名。在图腾式电路中，如果想要让负载获能，那就必须使Q1三极管导通，同时使Q2三极管截断，这样一来负载便可经由Q1而连接至VCC上。如果想要使负载去能，必须使Q1三极管截断，同时使Q2三极管导通，如此负载将经由Q2接地。由于Q1的集电极除了极小的接点电阻外，几乎没有任何电阻存在，如上图图3所示，因此负载几乎是直接连接到正电源上的，也因此当Q1导通时，就再也没有电容的慢速充电现象存在了。所以可说Q1将负载拉起，而称之为“挽起三极管”，Q2则称为拉下三极管。

在上图图3所提供的图腾式三极管开关电路中，我们可以看到，该电路系统左半部的输入控制电路，负责Q1和Q2三极管的导通与截断控制，但是必须确保Q1和Q2使不致同时导通，否则将使VCC和地之间经由Q1和Q2而形同短路，果真如此，则短路的大电流至少将使一只三极管烧毁。因此图腾式三极管开关绝对不能采用并联方式来使用，否则只要图腾上方的三极管Q1群中有任一只导通，而下方的Q2群中又恰好有一只导通，电源便经由导通之Q1和Q2短路，而造成严重的后果。

责任编辑：gt