日本人寫的晶體管電路設(shè)計非常牛逼

８．１．１晶體管的開關(guān)圖８．１是一例發(fā)射極接地放大電路，這種電路能夠通過輸入信號（電壓）連續(xù)地———模擬地控制流過集電極發(fā)射極間電流，獲得輸出電壓。

但是開關(guān)電路，如圖８．２所示是一種計數(shù)地接通／斷開晶體管的集電極發(fā)射極間的電流作為開關(guān)使用的電路。

圖８．３是電壓增益（放大倍數(shù)）Av＝10的發(fā)射極接地型放大電路。

照片８．１是給這個電路輸入１ｋＨｚ、１ＶP-P信號時的輸入輸出波形。這時的輸出波形不是通過介入耦合電容取出的，而是集電極電位。由于AV＝10，所以輸出應(yīng)該是１０ＶP-P。但是由于電源電壓以及發(fā)射極電阻上電壓降的緣故，如照片所示，波形的上下部分均被截去（輸出飽和）。輸出波形的上半周被截去的情況是由于輸出電平與電源電壓相等，所以集電極電阻上沒有了電壓降，也就是說晶體管的集電極發(fā)射極間沒有電流流過（集電極電流為零）。換句話說，晶體管處于截止狀態(tài)。相反，輸出波形的下半周被截去的情況是因為輸出電平處于更接近ＧＮＤ電平的電位（集電極電阻上的電壓降非常大），晶體管的集電極電流處于最大值。也就是說，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。這樣的開關(guān)電路只要利用輸入信號使輸出波形被限幅就可以實現(xiàn)（使晶體管處于接通／斷開狀態(tài)就可以），所以可以認為只要放大電路具有非常大的放大倍數(shù)，或者加上很大的輸入信號就可以。但是，這樣的開關(guān)電路必須是直流的接通／斷開狀態(tài)（這樣的用途非常多），所以必須具有一定的直流的放大倍數(shù)。

８．１．２從放大電路到開關(guān)電路圖８．４是從發(fā)射極放大電路演變到開關(guān)電路的示意圖

。首先為了獲得直流增益（放大倍數(shù)），從圖８．４（ａ）的一般發(fā)射極放大電路中去掉輸入輸出的耦合電容C1、C2，得到圖８．４（ｂ）的電路。進一步為了提高放大倍數(shù)，去掉發(fā)射極電阻Ｅ，變成圖８．４（ｃ）的電路。這樣一來，也就沒有必要加基極偏置電壓。當輸入信號為０Ｖ時，晶體管處于截止狀態(tài)

，所以集電極就沒有必要流過無用的電流———空載電流。因此，如圖８．４（ｄ）所示去掉偏置用的R1。為了確保沒有輸入信號時晶體管處于截止狀態(tài)，需要保留使基極處于ＧＮＤ電位的電阻R2。但是，圖８．４（ｄ）的電路中如果輸入信號超過＋０．６Ｖ，晶體管基極發(fā)射極間的二極管將處于導(dǎo)通狀態(tài)，就開始有基極電流流過。也就是說，這樣的狀態(tài)不能限制電流，會有非常大的基極電流流過。因此，如圖８．４（ｅ）所示還需要插入限制基極電流的電阻R3。這樣就可以將發(fā)射極接地放大電路變形成開關(guān)電路。８．１．３觀測開關(guān)波形圖８．５是上述電路代入了具體數(shù)值的實際開關(guān)電路，照片８．２是給這個電路輸入１ｋＨｚ、２ＶP-P的正弦波時的輸入輸出波形。輸入信號是正弦波。但是由于電路的放大倍數(shù)足夠大，所以輸出波形變成了方波。當輸入信號電平在＋０．６Ｖ以下時體管處于截止狀態(tài)，輸出電平是＋５Ｖ（電源電壓）。當超過＋０．６Ｖ時，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出基本上是ＧＮＤ電平。通常開關(guān)電路的輸入信號只是控制開關(guān)的接通／斷開，所以采用與接通／斷開電平相對于的二值信號，即方波。經(jīng)常用ＴＴＬ或ＣＭＯＳ等數(shù)字電路的輸出直接控制開關(guān)電路。照片８．３是給圖８．５的電路輸入１ｋＨｚ、０Ｖ／＋５Ｖ方波時的輸入輸出波形。由于用０Ｖ／＋５Ｖ的方波使晶體管于接通／斷開狀態(tài)，所以輸出波形也是＋５Ｖ／０Ｖ的方波。這個電路可以認為是發(fā)射極接地放大電路的變形，所以與放大電路一樣，輸入輸出信號的相位是反轉(zhuǎn)的。從照片８．３看到的輸入輸出波形簡直就是數(shù)字電路中倒相器（ＮＯＴ電路）的輸入輸出波形。所以這個電路可以作為倒相器使用。但是，

為了能夠像數(shù)字ＩＣ那樣高速動作還需要作一些改進。這將在后面介紹。如果電源設(shè)置為＋１５Ｖ，由于輸入信號是０Ｖ／＋５Ｖ的ＣＭＯＳ（ＴＴＬ）電平，所以可以作為向０Ｖ／＋１５Ｖ的ＣＭＯＳ電平變換的邏輯電平變換電路。當然反過來也可以由０Ｖ／＋１５Ｖ變換為

０Ｖ／＋５Ｖ。

８．１．４如果集電極開路圖８．５的電路中集電極連接著負載電阻Ｌ。如圖８．６所示，當不連接負載電阻時這個電路的集電極就原封不動地變成輸出端。把這個電路叫做開路集電極，它廣泛應(yīng)用于以繼電器或燈泡等為外部負載的開關(guān)電路。如圖８．６所示，在使用ＮＰＮ晶體管的電路中，如果在電位高于ＧＮＤ的電源與集電極（輸出端）之間連接負載，這時就像是吸入負載電流。在使用ＰＮＰ晶體管的電路中，如果在比正電源電位低的電源（在圖８．６（ｂ）中是ＧＮＤ）與集電極間連接負載，這

時就像負載電流在流出。因此，這個開路集電極能夠接通／斷開負載電流而與負載連接幾伏的電源沒有關(guān)系，所以是一個對于開關(guān)外部負載非常方便的電路。

８．２發(fā)射極接地型開關(guān)電路的設(shè)計上面圖８．５所示電路的設(shè)計指標如下。輸入采用０Ｖ／＋５Ｖ的４０００Ｂ系列ＣＭＯＳ邏輯電路的信號，接通／斷開５ｍＡ的負載電流（＋５Ｖ電源上連接RＬ＝１ｋΩ）。８．２．１開關(guān)晶體管的選擇由于負載電流（集電極電流）的指標是５ｍＡ，所以晶體管集電極電流IＣ的最大額定值必須大于５ｍＡ。當晶體管處于截止狀態(tài)時，連接負的電源的電壓（這里是＋５Ｖ）加在集電極發(fā)射極之間和集電極基極之間。因此應(yīng)選擇集電極發(fā)射極間和集電極基極間電壓最大額定值VCEO、VCBO大于連接負載的電源電壓的晶體管。這里按照VCEO＞＋５Ｖ，VCBO＞＋５Ｖ，Ｃ＞５ｍＡ的條件，選擇２ＳＣ２４５８（東芝）。表８．１是２ＳＣ２４５８器件的特性。順便指出，使用ＰＮＰ晶體管時的電路就變成圖８．７那樣。當然使用時并不介意選擇ＮＰＮ晶體管還是ＰＮＰ晶體管。圖８．５的電路已經(jīng)在集電極與＋５Ｖ電源間連接了負載（RL＝１ｋΩ），所以是根據(jù)這個電源電壓和負載電流來決定晶體管的。在開路集電極的場合選擇的方法也完全相同。由外部負載連接的電源電壓和從輸出端（集電極）吸入或流出的最大負載電流共同選擇晶體管。８．２．２當需要大的負載電流時發(fā)射極接地型開關(guān)電路的負載電流就是集電極電流，所以必須能夠從輸入端提供大于１／hFE的基極電流。對于圖８．５的電路由于負載電流小，只有５ｍＡ，所以沒有什么問題。但是當負載電流達數(shù)百毫安以上時驅(qū)動基極的電路（接續(xù)輸入端的電路）就有可能無法提供足夠的基極電流。

在這種情況下，需要采用稱為“超晶體管”的hFE非常大的晶體管（例如２ＳＣ３１１３（東芝）的hFE可達到６００～３６００），或者如圖８．８所示將兩個晶體管達林頓連接。

如圖８．８所示，采用達林頓連接時Ｔｒ１的發(fā)射極電流全部變成Ｔｒ２的基極電流，所以總的hFE是各自晶體管的hFE之積（hFE1·hFE2）。例如，如果hＦＥ1＝hＦＥ2＝１００，那么總的hＦＥ就是１００００，用１ｍＡ的基極電流就能夠開關(guān)１０Ａ的集電極電流。但是在計算達林頓連接電路的基極電流時需要注意的是，當晶體管導(dǎo)通時基極發(fā)射極之間的電壓降是１．２～１．４Ｖ（兩個VＢＥ）。

圖８．９是一例采用達林頓連接的開關(guān)電路，是一個電燈開關(guān)電路。由于晶體管是達林頓連接，所以可以用０．５ｍＡ的基極電流開關(guān)０．９Ａ的負載。在設(shè)計大負載電流的電路時，還需要注意晶體管的集電極發(fā)射極間飽和電壓VＣＥ（sat）。盡管晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時的集電極發(fā)射極間電阻值非常小，但還不是零，所以當集電極電流流過時會產(chǎn)生電壓降。這就是集電極飽和電壓VＣＥ（sat）ｓａｔ是ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ的簡寫）。圖８．１０是２ＳＣ２４５８的集電極流過１００ｍＡ的負載電流時的開關(guān)電路。照片８．４是給這個電路輸入１ｋＨｚ，０Ｖ／＋５Ｖ控制信號時的集電極波形。這個電路中，VＣＥ（sat）＝０．１６Ｖ。晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時的功率損耗是VＣＥ（sat)與集電極電流之積，它們?nèi)孔兂蔁釗p耗。所以當負載電流大時，必須注意晶體管的發(fā)熱問題。另外如圖８．９所示，當發(fā)射極接地型開關(guān)電路中采用達林頓連接時，Ｔｒ２的集電極發(fā)射極間電壓并不是VＣＥ（sat)而是Ｔｒ２的VＢＥ（＝０．６～０．７Ｖ）。這是因為Ｔｒ２的集電極電位如果不是與Ｔｒ１的發(fā)射極電位（＝Ｔｒ２的基極電位）同電位，那么Ｔｒ１的基極集電極間的PＮ結(jié)將處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此，采用達林頓連接處理大電流時，特別要注意晶體管的熱損耗問題（０．６～０．７Ｖ×集電極電流＝熱損耗）。

８．２．３確定偏置電路R1、R2如果能使基極電流達到集電極電流的１／hFE倍，晶體管將處于導(dǎo)通狀態(tài)?？紤]到hFE的分散性或者基極電流受溫度影響而變化等因素（因為VBE具有溫度特性，所以基極電流也隨溫度變化），應(yīng)該使流過的基極電流稍大些。這叫做過驅(qū)動，通常設(shè)定為按所使用晶體管hFE的最低值計算得到的基極電流的１．５～２倍以上。由表８．１得知２ＳＣ２４５８的hFE最低值是７０，圖８．５中電路的負載電流為５ｍＡ，所以可以設(shè)定流過的基極電流大于０．１ｍＡ（（５ｍＡ／７０）×１．５）～０．１４ｍＡ（（５ｍＡ／７０）×２）。如圖８．１１所示，由于基極電位是＋０．６Ｖ，所以輸入信號為＋５Ｖ時R1上產(chǎn)生的電壓降為４．４Ｖ（但是要注意，達林頓連接時基極電位為＋１．２Ｖ）。按照上述條件，為使晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)要求流過的基極電流為０．２ｍＡ，所以R1＝２２ｋΩ（＝４．４Ｖ／０．２ｍＡ）（但是忽略了流過R2的電流）。R2是輸入端開路時確保晶體管處于截止狀態(tài)的電阻。如果R2過大，將容易受噪聲的干擾，過小則在晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時會有無用電流流過R2。這里設(shè)定R2＝２２ｋΩ（與R1值相同）。最近，已經(jīng)有些廠家產(chǎn)生出如圖８．１２所示那樣內(nèi)藏有偏置電阻的晶體管產(chǎn)品。R1、R２電阻也有各種取值。如果使用內(nèi)藏電阻的晶體管將會減少電路的元件數(shù)目，這對于開關(guān)電路是很方便的。８．２．４開關(guān)速度慢———ｓ量級照片8．５是給圖８．５的電路輸入１００ｋＨｚ、０Ｖ／＋５Ｖ方波時的輸入輸出波形。當輸入信號從０變化到＋５Ｖ時，晶體管立即由截止狀態(tài)變化到導(dǎo)通狀態(tài)，輸出信號也立即響應(yīng)，從＋５Ｖ變化到０Ｖ。但是，當從＋５Ｖ變化到０Ｖ時，晶體管從導(dǎo)通狀態(tài)變化到截止狀態(tài)時卻花費時間，從Ｖ變化到＋５Ｖ時間滯后了。晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時有基極電流流過，所以在基區(qū)內(nèi)積累有電子。因此，在這種狀態(tài)下即使輸入信號變成了０Ｖ，基區(qū)中的電子并不能立即消失（電荷存儲效應(yīng)）。而且在基極限流電阻R1的作用下，也不可能立即從基區(qū)取出全部電子，這就是造成時間滯后的原因。在開關(guān)調(diào)節(jié)器之類使負載高速開關(guān)的應(yīng)用電路中，這種時間滯后是很不利的。８．３如何提高開關(guān)速度使用晶體管開關(guān)時，上述圖８．５電路的開關(guān)速度往往不能滿足要求。許多應(yīng)用需要高的開關(guān)速度。這里就提高速度的基本技術(shù)進行實驗。８．３．１使用加速電容圖８．１３是給基極限流電阻R1并聯(lián)小容量電容器的電路。這樣，當輸入信號上升、下降時能夠使R1電阻瞬間被旁路并提供基極電流，所以在晶體管由導(dǎo)通狀態(tài)變化到截止狀態(tài)時能夠迅速從基區(qū)取出電子（因為R1被旁路），消除開關(guān)的時間滯后。這個電容器的作用是提高開關(guān)速度，所以稱為加速電容。照片８．６是給圖８．１３的電路輸入１００ｋＨｚ、０Ｖ／＋５Ｖ方波時的輸入輸出波形?？梢钥闯鲇捎诩铀匐娙莸淖饔?，已經(jīng)看不到照片８．５中的時間滯后。照片８．６中還看得不很清楚，實際上晶體管由截止狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)的時間也縮短了。由于所使用的晶體管以及基極電流、集電極電流值等因素，加速電容的最佳值是各不相同的。因此，加速電容的值要通過觀測實際電路的開關(guān)波形決定。對一般的晶體管來說，容量約為數(shù)十皮法至數(shù)百皮法。

８．３．２肖特基箍位提高晶體管開關(guān)速度的另一個方法是利用肖特基二極管箍位。這種方法是７４ＬＳ、７４ＡＬＳ、７４ＡＳ等典型的數(shù)字ＩＣＴＴＬ的內(nèi)部電路中所采用的技術(shù)。圖８．１４是對圖８．５的電路進行肖特基箍位的電路。所謂肖特基箍位在基極集電極之間接入肖特基二極管。這種二極管不是ＰＮ結(jié)，而是由金屬與半導(dǎo)體接觸形成具有整流作用的二極管，其特點是開關(guān)速度快，正向電壓降VF比硅ＰＮ結(jié)小，準確地說叫做肖特基勢壘二極管。

這里的肖特基二極管采用１ＳＳ２８６（日立）。照片８．７是給圖８．１４的電路輸入１００ｋＨｚ、０Ｖ／＋５Ｖ方波時的輸入輸出波形?？梢钥闯銎湫Чc接入加速電容（參見照片８．６）時相同，晶體管從導(dǎo)通狀態(tài)變化到截止狀態(tài)時沒有看到時間滯后。圖８．１５是圖８．１４的電路中晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)（輸出為０Ｖ）時的動作。如圖８．１６所示，肖特基二極管的正向電壓降VF比晶體管的VBE?。▓D８．１４電路中的VF≈０．３Ｖ），所以本來應(yīng)該流過晶體管的大部分基極電流現(xiàn)在通過Ｄ1被旁路掉了。這時流過晶體管的基極電流非常小，所以可以認為這時晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)很接近截止狀態(tài)。因此，如照片８．７所示從導(dǎo)通狀態(tài)變化到截止狀態(tài)時的時間滯后非常?。ɑ鶚O電流小，所以電荷存儲效應(yīng)的影響?。Ｕ掌福分?，輸出波形由０Ｖ變化到＋５Ｖ時之所以波形上升沿不很陡，是由于R1與晶體管密勒效應(yīng)構(gòu)成低通濾波器的影響，與電荷存儲效應(yīng)沒有關(guān)系。８．３．

３如何提高輸出波形的上升速度照片８．８是圖８．１４所示的電路中R1＝１ｋΩ時的開關(guān)波形（輸入信號是１００ｋＨｚ、０Ｖ／＋５Ｖ的方波）?？梢钥闯霎擱1小時由于低通濾波器的截止頻率升高，所以輸出波形從０Ｖ變化到＋５Ｖ時的上升速度加快了。加速電容是一種與減小R1值等效的提高開關(guān)速度的方法（減小R1值，也會加快輸出波形的上升速度）。肖特基箍位可以看作是改變晶體管的工作點，減小電荷存儲效應(yīng)影響，提高開關(guān)速度的方法。

由于肖特基箍位電路不像接入加速電容那樣會降低電路的輸入阻抗，所以當驅(qū)動開關(guān)電路的前級電路的驅(qū)動能力較低時，采用這種方法很有效。在設(shè)計這種電路時需要注意肖特基二極管的反向電壓V

R的最大額定值。肖特基二極管中某些器件的V

R最大額定值非常低（高頻電路中應(yīng)用的某些器件僅為３Ｖ）。圖８．１４的電路中因為晶體管截止時電源電壓原封不動地加在Ｄ1上，所以必須使用V

R的最大額定值大于５Ｖ的器件（１ＳＳ２８６是２５Ｖ）。８．４．

１給射極跟隨器輸入大振幅射極跟隨器是電壓放大倍數(shù)為１的放大電路。這種電路具有直流增益，利用輸入大振幅的方波可以起到與開關(guān)電路相同的作用。圖８．１７示出將射極跟隨器演變?yōu)殚_關(guān)電路的過程。首先，為了獲得直流增益從圖８．１７（ａ）一般的射極跟隨器中去掉輸入輸出耦合電容C1和C2，變成圖８．１７（ｂ）所示的電路。由于沒有必要給基極加偏置電壓（因為輸入信號為０Ｖ時晶體管處于截止狀態(tài)），所以如圖８．１７（ｃ）所示再去掉R１。但是，為了確保沒有輸入信號時晶體管處于截止狀態(tài)，所以保留使基極處于ＧＮＤ電位的電阻R2。這樣就把射極跟隨器變成了開關(guān)電路。圖８．１８的電路是給圖８．１７（ｃ）的電路賦予具體電路常數(shù)值的射極跟隨器型開關(guān)電路。照片８．９是給這個電路輸入１ｋＨｚ、４ＶP-P的正弦波時的輸入輸出波形。當輸入信號的振幅在＋０．６Ｖ以下時晶體管處于截止狀態(tài)，所以只有ｉ的正半周波形作為輸出波形出現(xiàn)。而且的振幅值總比低０．６Ｖ（晶體管的VBE）。照片８．１０是給圖８．１８的電路輸入１ＭＨｚ、０Ｖ／＋５Ｖ方波時的輸入輸出波形。因為輸出波形就是晶體管的發(fā)射極電位，所以它追隨輸入信號，輸出的是０Ｖ／＋４．４Ｖ的方波。也就是說由于這個電路是射極跟隨器的變形，所以輸入輸出信號的相位也與放大電路的情況相同，都是同相的。８．４．２開關(guān)速度８．３節(jié)曾經(jīng)講到如果發(fā)射極接地型開關(guān)電路中不采用加速電容等技術(shù)，就不能夠提高開關(guān)速度。但是，這里的射極跟隨器型開關(guān)電路繼承了射極跟隨器頻率特性好的優(yōu)點。如照片８．１０所示，即使１ＭＨｚ的頻率也能夠很容易地實現(xiàn)開關(guān)。盡管圖８．５和圖８．１８中使用的晶體管是相同的。射極跟隨器型開關(guān)電路的重要特點就是能夠?qū)崿F(xiàn)高速開關(guān)。與發(fā)射極接地型開關(guān)電路相比，由于不需要限制基極電流的電阻（因為基極電流必須是負載電流的１／hFE），所以它的另一個優(yōu)點就是元件少。圖８．１８的電路是在發(fā)射極連接負載電阻RＬ。不過也有不連接負載電阻的電路，如圖８．１９那樣發(fā)射極原封不動地成了輸出端。

與發(fā)射極接地型開關(guān)電路的開路集電極相對應(yīng)，把這種電路叫做開路發(fā)射極電路。它應(yīng)用于高速開關(guān)外部負載的場合。８．４．３設(shè)計開關(guān)電路的指標圖８．１８的電路的設(shè)計指標如下。這是應(yīng)用０Ｖ／＋５Ｖ的４０００Ｂ系列ＣＭＯＳ邏輯電路的信號對５ｍＡ的負載電流進行接通／斷開的電路。

８．４．４晶體管的選擇

負載電流（發(fā)射極電流）的指標是５ｍＡ，所以晶體管的集電極電流（＝發(fā)射極電流）的最大額定值必須大于５ｍＡ。因為必須由４０００Ｂ系列ＣＭＯＳＩＣ提供基極電流，所以為了將基極電流抑制在０．１ｍＡ（一般不怎么能夠從４０００Ｂ系列ＣＭＯＳＩＣ中取出電流

），而負載電流是５ｍＡ，所以hFE必須在５０（＝５ｍＡ／０．１ｍＡ）以上。另外，晶體管處于截止狀態(tài)時電源電壓（在這里是＋５Ｖ）是加在集電極發(fā)射極間和集電極基極間，所以所選擇晶體管的集電極發(fā)射極間和集電極基極間的最大額定值VCEO、VCBO必須大于電源電壓。按照IC＞５ｍＡ，hFE＞５０，VCEO＞５Ｖ，VCBO＞５Ｖ的條件，與發(fā)射極接地時情況相同選擇２ＳＣ２４５８（東芝）。當然使用

ＰＮＰ晶體管也無妨，不過這時的電路變成圖８．２０所示的那樣。

開路發(fā)射極的設(shè)計也完全相同，由加在外部負載上的電壓以及從輸出端（發(fā)射極）流出或者吸入的最大負載電流為根據(jù)選擇晶體管。射極跟隨器型開關(guān)電路的負載電流原封不動地就是發(fā)射極電流，所以必須給輸入端提供它的１／hFE的基極電流。但是當負載電流大時，有可能無法提供驅(qū)動輸入端電路所必要的基極電流。在這種情況下，仍然和發(fā)射極接地時的辦法一樣，或者采用超晶體管，或者如圖８．２１所示將晶體管達林頓連接使用。但是，達林頓連接時需要注意發(fā)射極電位要比基極電位低１．２～１．４Ｖ（兩個VBE）。射極跟隨器型開關(guān)電路中當晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，發(fā)射極電位比基極電位低０．６～０．７Ｖ。因此，即使基極電位與集電極電位（即電源電壓）相等，晶體管的集電極發(fā)射極間電壓VCE還是０．６～０．７Ｖ（達林頓連接時是１．２～１．４Ｖ）。這個VCE與集電極電流＝

發(fā)射極電流）之積就是晶體管的熱損耗，所以當負載電流大時應(yīng)該注意晶體管的發(fā)熱問題。

８．４．５偏置電阻１的確定R1是當輸入端開路時為確保晶體管處于截止狀態(tài)所使用的電阻。當R1值大時容易受噪聲的影響，反之，當R1值小時將有無用電流從輸入端流入R1。這里設(shè)定R1＝１０ｋΩ。

８．５．１繼電器驅(qū)動電路圖８．２２是用晶體管驅(qū)動繼電器的電路。繼電器是磁性機械開關(guān)元件，是用邏輯信號開關(guān)各種信號時使用的元件。照片８．１１示出各種繼電器。由繼電器的大小決定能夠開關(guān)的信號的大小。圖８．２２的電路就是把圖８．５電路中的負載電阻置換為繼電器的開關(guān)電路。這個電路必須注意的是在繼電器線圈上并聯(lián)有二極管。當開關(guān)的負載為電動機或者繼電器等電感性負載時，在截斷流過負載的電流時（晶體管進入截止狀態(tài)時）會產(chǎn)生反電動勢（楞茨定則）。這時產(chǎn)生的電壓非常大。當這種電壓超過晶體管的集電極基極間、集電極發(fā)射極間電壓的最大額定值VCBO、VCEO時，晶體管將會被擊穿。因此實際上如圖８．２２所示，給負載（線圈）并聯(lián)接續(xù)二極管（注意如果二極管的方向與圖示方向相反，后果將很嚴重?。?。這樣一來，由于開關(guān)截止時產(chǎn)生的反電動勢，當集電極的電位變?yōu)殡娫措妷海▓D８．２２中為＋１２Ｖ）＋０．６Ｖ（二極管的正向電壓降）時，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，使反電動勢閉合（也可以認為集電極電位被箍位在電源電壓＋０．６Ｖ）。也就是說，由于集電極的電位不高于電源電壓＋０．６Ｖ，所以能夠防止晶體管被擊穿。這個晶體管叫做續(xù)流二極管或者閉合二極管。照片８．１２是圖８．２２的電路中沒有接續(xù)流二極管時的集電極波形（控制信號是１５０Ｈｚ、０Ｖ／＋５Ｖ的方波）。繼電器線圈產(chǎn)生的反電動勢電壓達到了１４０Ｖ！大大超過２ＳＣ２４５８的最大額定值VCBO＝VCEO＝５０Ｖ。在這種狀態(tài)下，開關(guān)晶體管難免會被擊穿。照片８．１３是接續(xù)了續(xù)流二極管時（參見圖８．２２）的集電極波形，這個續(xù)流二極管采用硅二極管１ＳＳ１７６（最大反向電壓是３５，最大正向電流是３００ｍＡ，東芝）。可以看出由于續(xù)流二極管使反電動勢閉合，所以沒有產(chǎn)生高于電源電壓的電壓（照片中看不清楚，實際上繼電器斷開時的瞬間電壓是電源電壓＋０．６Ｖ）。８．５．２ＬＥＤ顯示器動態(tài)驅(qū)動電路（發(fā)射極接地）圖８．２３是７段ＬＥＤ發(fā)光二極管驅(qū)動電路。這種７段ＬＥＤ在用數(shù)字顯示數(shù)字電路的ＢＣＤ輸出時應(yīng)用得很多，是一種很常見的電路。

照片８．１４是一例７段ＬＥＤ。

在ＬＥＤ顯示器的場合，如果位數(shù)（ＬＥＤ的器件數(shù)）多，那么將有很多靜態(tài)電流流過ＬＥＤ，消耗許多功率。因此經(jīng)常采用一位一位依次點燈的動態(tài)點燈方式。動態(tài)點燈時在某一位點燈期間其他各位都處于熄燈狀態(tài)（通常只有一位處于點燈狀態(tài)），所以能夠降低功耗。圖８．２３的電路是由上方采用ＰＮＰ晶體管的開路集電極電路與下方采用ＮＰＮ晶體管達林頓連接的開路集電極電路以及中間夾入的ＬＥＤ構(gòu)成的電路。上方是與段（器件）相對應(yīng)的開關(guān)，下面是與數(shù)字（位）相對應(yīng)的開關(guān)。只有當上下兩方都處于導(dǎo)通狀態(tài)時ＬＥＤ才會有電流流過而發(fā)光。下方的位開關(guān)中會流過７個段的電流，因此采用達林頓連接以保證能夠吸收大電流。圖８．２４是圖８．２３電路的控制信號的工作波形。通過ＤＧ０～ＤＧ２數(shù)字信號依次為＋５Ｖ，對位進行掃描。這時，ａ～的段信號控制輸入信號電平（０Ｖ：發(fā)光，＋５Ｖ：熄燈），使得發(fā)光的位顯示為文字。一個位發(fā)光的時間一般是幾百微秒至幾毫秒。通常這種動態(tài)驅(qū)動電路的驅(qū)動（形成圖８．２４那樣的周期）是利用微處理器進行。如果是一般的ＬＥＤ（不是高輝度燈泡）靜態(tài)發(fā)光，流過ＬＥＤ的電流有幾毫安至幾十毫安就足夠了。動態(tài)點燈時由于熄燈的時間較長，流過靜態(tài)發(fā)光場合電流的２～３倍就能夠獲得足夠的輝度。

圖８．２３的電路中，每段ＬＥＤ各流過３０ｍＡ電流。流過ＬＥＤ的電流由串聯(lián)到各段的限流電阻R1～

R7決定。首先，由于２ＳＡ１０４８置于導(dǎo)通狀態(tài)時的飽和電壓VCE（sat）非常?。ǎ埃保忠韵拢?，可以忽略不計。所以，從電源電壓減去７段ＬＥＤ的電壓降２Ｖ（顯示用ＬＥＤ

的正向電壓降與流過的電流不怎么有關(guān)，為２Ｖ）以及達林頓連接的集電極發(fā)射極間電壓０．６Ｖ值余下的就是加在R1～

R7上的電壓。為了使流過ＬＥＤ的電流為３０ｍＡ，取R1～

R7＝８２Ω（＝（５Ｖ－２Ｖ－０．６Ｖ）／３０ｍＡ）。圖８．２３的電路采用了７段ＬＥＤ有共同陰極的共陰極型ＬＥＤ。如果是采用共陽極型ＬＥＤ，其電路如圖８．２５所示，段一側(cè)的開關(guān)電路要與數(shù)字型開關(guān)電路調(diào)換。

８．５．３ＬＥＤ顯示器動態(tài)驅(qū)動電路（射極跟隨器）圖８．２６與圖８．２３相同也是７段ＬＥＤ的動態(tài)驅(qū)動電路。數(shù)字一側(cè)的驅(qū)動電路是達林頓連接的發(fā)射極接地型開關(guān)。段驅(qū)動電路采用ＮＰＮ晶體管射極跟隨器型開關(guān)。這個電路與前面的圖８．２３比較，由于采用射極跟隨器型開關(guān)，所以沒有必要給基極插入限流電阻，從而減少了電路的元件數(shù)目。流過段的電流也與圖８．２３的電路相同，設(shè)定為３０ｍＡ。由于射極跟隨器型開關(guān)晶體管的ＣＥ是０．６Ｖ（圖８．２３的發(fā)射極接地型開關(guān)中VCE（sat）在０．１Ｖ以下，可以忽略），所以R1～

R7的值小了（R1～

R7＝（５Ｖ－２Ｖ－０．６Ｖ－０．６Ｖ）／３０ｍＡ≈６２Ω）。

８．５．４光耦合器的傳輸電路如圖８．２７所示，光耦合器是由ＬＥＤ（發(fā)光二極管）與光敏二極管（接收光并將光轉(zhuǎn)換為電流的二極管）以及晶體管組合起來的放大／開關(guān)器件（也有用光敏晶體管（利用光進行接通／斷開的晶體管）替代光敏二極管和晶體管的器件）。光耦合器是通過電流流過ＬＥＤ使之發(fā)光，再用光敏二極管接收這個光并轉(zhuǎn)換為基極電流使晶體管工作的器件。它可以成為晶體管開關(guān)電路的一部分。在這里簡單作以介紹。由于晶體管的基極電流是由光轉(zhuǎn)換提供的，所以光耦合器的最大特點