晶体管开关电路设计 TTL晶体管开关电路原理图/蜂鸣器控制电路原理图

时间:2023-07-24作者:佚名

今天给大家分享的是:晶体管开关电路设计。

晶体管开关电路在现在电路设计中十分常见。经典的74LS、74ALS等集成电路内部采用晶体管开关电路,但只有普通的驱动能力。三极管开关电路分为两大类,一类是经典的TTL三极管开关电路,一类是MOS管开关电路。

这里会介绍有关开关电路的知识,包括 TTL晶体管开关电路,蜂鸣器控制电路——无源蜂鸣器等等。

一、晶体管开关电路

TTL 晶体管开关电路按驱动能力分为小信号开关电路和功率开关电路。按三极管连接方式分为发射极地(PNP三极管发射极接电源)和射跟随开关电路。

1 、发射极接地开关电路

晶体管开关电路设计 TTL晶体管开关电路原理图/蜂鸣器控制电路原理图

发射极接地开关电路

上面的基本电路离实际设计电路有点远:由于三极管基极电荷的积累,存在从开到关的过渡(三极管关断时,由于存在基极电荷释放速度变慢) R1,因此 Ic 不会立即变为零)。也就是说发射极接地开关电路是有关断时间的,它不能直接应用于高频开关。

晶体管开关电路设计 TTL晶体管开关电路原理图/蜂鸣器控制电路原理图

发射极接地开关电路

工作原理:当三极管突然导通(IN信号突然跳变)时,C1瞬间出现短路,迅速为三极管提供基极电流,从而加速三极管导通。当晶体管突然关闭时(IN 信号突然跳闸),C1 瞬间导通,为释放基极电荷提供低阻抗路径,从而加速晶体管关闭。

C值通常是几十到几百皮法,电路中的R2是保证三极管在没有IN高电平输入时保持关断状态。R4是保证三极管在没有IN低电平输入时保持关断状态。R1和R3用于基极限流。

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发射极接地开关电路

工作原理:由于TVS二极管的Vf比Vbe小0.2~0.4V,所以基极电流大部分从二极管流过,然后流向三极管,最后在三极管导通时流向地,所以流向基极的电流晶体管小,积累的电荷少。当三极管关断时(IN信号突然跳变),放电的电荷变少,关断动作自然变快。

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发射极接地开关电路

在实际电路设计中,需要考虑三极管Vceo、Vcbo满足压强,三极管满足集电极功耗。使用负载电流和hfe(取晶体管hfe的最小值来计算)来计算基极电阻(基极电流留0.5到1倍的余量)。注意特殊二极管的反向耐压。

2、射极跟随器开关电路

射极跟随器又称射极跟随器,是典型的负反馈放大器。从晶体管的连接方式来看,它实际上是一个普通的集电极放大器。信号从基极输入,从发射极输出。接在三极管发射极上的电阻Re在电路中起着重要的作用。它就像一面镜子,反映输出和输入的以下特征。

输入电压usr=ube usc。通常Usc>Ube,忽略Ube,则usr≈usc。显然,这意味着发射极限跟随器的电压放大倍数约等于1,即输入电压幅值约等于输出电压幅值。当Usr增加时,ib和ie都增加,发射极电压ue(usc)也增加。相反,当 Usr 减小时,Usc 也减小。这表明输出电压与输入电压同相,正是因为不仅输出电压等于输入电压,而且同相。输出电压紧随输入电压而变化。我们称这种具有以下特点的电路为“辐射极限跟随器”。

射极跟随器可以用很小的输入电流得到很大的输出电流(即=(1 β)ib)。因此,它具有电流放大和功率放大的作用。需要区分的是,普通的多级共发射极放大电路不放大电流,放大电压,与发射相反。

二、蜂鸣器控制电路——无源蜂鸣器

当 BUZZ 为高电压时,三极管T1(N型三极管)导通,蜂鸣器发声。R5的作用是用于限流。

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蜂鸣器控制电路

三、 IO 控制电源开关打开-使用三极管和MOS管

MOS:FET MOSFET管的一种,可制成增强型或耗尽型、P沟道或N沟道共型。但实际应用只有增强型N沟道MOS管和增强型P沟道MOS管,即NMOS和PMOS。

对于这两种增强型MOS管,常用的是NMOS,特点是导通电阻低。通常应用于开关电源和电机驱动。

导通条件:当 Vgs 大于某个值时,NMOS 导通。当 Vgs 小于某个值时,PMOS 导通。

开关损耗:不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻,造成不可避免的损耗。而现在的MOS管导通电阻一般都是几十毫欧。

MOS管AO3401:P沟道增强型场效应管

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MOS管AO3401

导通条件:一般不超过-12V即可为AO3401。以下是不同压降下的阻抗:

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mos管不同压降下的阻抗

下面是工程应用中的开关控制电路。

1、 通过 IO管脚控制电源--两只3401 MOS管

下面是两只3401 MOS管,没有加开关控制。刚上电后,VDD 等于输入电压。此时,你可以通过两种方式供电。如果J5没有输入电压,由VBUS供电,通过F1输出5V电压。下面的电路可以用一个开关代替R10,Q201一直导通,内部二极管压降0.5V左右。

注意:两个三极管的方向不同,Q200左边是S,右边是D。Q201左边是D,右边是S。

当J5有电压时,Q200导通,Q201也满足导通条件,电压为0.1V。

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IO 控制电源开关打开

注意:VBUS 右侧断开。

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电压参考

2、稳压管和MOS管稳压电路

工作原理:VCC可以来自左侧VDD5V_Control,也可以来自PC PS2口供电的Vpc_IN。VCC采用电压高的。

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稳压管和MOS管稳压电路

原电路:

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稳压管和MOS管稳压电路

左侧Vpc_IN由PS2供电,右侧由VCC供电。PS2通电时,左边是5V,右边是4.5V左右,可以满足机器的电压要求,当PS2口关闭时,机器可以正常工作。

为了减小PS2的压降,可以决定采用如下电路:

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