硬件工程師必會

硬件工程師必會之一一三

極管實(shí)用解析晶體管或許可以說是整個電子信息系統(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，如果想制作一個電路，只需要將幾個IC組合起來，起振復(fù)位上電源大體就可以簡單地完成了。但是，如果掌握了晶體管和MOS管的相關(guān)知識后，對于電路系統(tǒng)的認(rèn)識將會大為不同。因?yàn)?，以IC為單位作為黑盒子來考慮，此時IC被一定程度上認(rèn)為是理想器件，但是，以單個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)動作，當(dāng)三極管呈開啟狀態(tài)時,負(fù)載電流便被阻斷，反之，當(dāng)三極管呈閉合狀態(tài)時，電流便可以流通。詳細(xì)的說，當(dāng)Vin為低電壓時，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，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，此時三極管工作在截止(cutoff)區(qū)。同理，當(dāng)Vin為高電壓時，由于有基極電流流動，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，此時三極管工作在飽和區(qū)(saturation)。

VccVcc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，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，就是一個典型的三極管應(yīng)用電路。VDD33R153R0402VDD33R154R0402Q11SOT23-3POUTA—R119 ./VDD33R153R0402VDD33R154R0402Q11SOT23-3POUTA—R119 ./Q10^^^0402°、SOT23-3P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，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，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，在輸出很大電流時也就是阻抗較低情況時，輸出波形的負(fù)半軸會被截去，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Z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（對應(yīng)推，sourcecurrent）,PNP晶體管從負(fù)載將電流"吸進(jìn)來"（對應(yīng)挽,sinkcurrent）,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)輸入信號在0V附近時，基極-發(fā)射極間沒有電位差，因此沒有基極電流的流動。也就是，此時兩個晶體管都是截止的，并沒有工作。另外，即便是基極上加上了輸入信號，對上側(cè)在基極電位比發(fā)射極電位高0.6V以前，也不會工作。反之，對于下側(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)在波形上就會產(chǎn)生一個交越失真的盲區(qū)。不過，此電流稍加修改就是一個很好用的電路了，思路很簡單,用兩個二極管在每個晶體管的基極上加上大概0.6V的二極管的正向壓降一補(bǔ)償電壓，就可以抵消晶體管的盲區(qū)了。如下圖所示：

VDD15R11R0402?R0402r>[r *FrD1VDD15R11R0402?R0402r>[r *FrD1R10DIODED2DIODEQ8SOT23-3PQ7PNPCO?""IC101IOuF丄0.1uFC0402TC0402I,C100irC0402OUTRL1R0402此電路用兩個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