《電工電子技術(shù)及應用》課件-第9章

第9章基本交流放大電路9.1基本放大電路的組成及各元件的作用9.2放大電路的靜態(tài)分析9.3放大電路的動態(tài)分析9.4靜態(tài)工作點的設置與穩(wěn)定方法9.5共集電極放大電路9.6多級放大電路的分析與計算

第9章基本交流放大電路9.7差動放大電路9.8功率放大電路9.9三極管放大電路在電子設備中的應用9.10三極管開關(guān)電路在電子設備中的應用習題9

晶體管工作區(qū)分別為放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)。當晶體管工作在放大區(qū)時,主要是利用其組成放大電路,將微弱的電信號放大成較強的電信號,以便有效地進行觀察、測量或控制較大功率的負載。

9.1基本放大電路的組成及各元件的作用

9.1.1基本放大電路的組成圖9.1.1是最基本的共射極交流放大電路(又稱放大器)。由晶體管VT、電阻、電容、直流電源等組成。待放大的交流信號ui(通?？捎靡粋€理想電壓源eS和電阻RS串聯(lián)表示)。圖9.1.1共射極基本交流放大電路

9.1.2放大電路中各元件的作用

晶體管VT是放大元件,工作在線性放大區(qū)。利用它的放大作用,當微小的輸入信號電壓ui

在基極產(chǎn)生微小的基極電流iB時,晶體管控制電源UCC在輸入回路中產(chǎn)生較大的與基極電流成比例的集電極電流iC,從而在負載上獲得較大的與輸入電壓成比例的輸出電壓uo。如果從能量傳遞的角度看,輸入信號的能量較小,而輸出信號的能量較大,但這不是說放大電路將輸入能量放大了。能量是守恒的,不能放大,輸出較大能量是來自直流電源UCC。

集電極電源電壓UCC有兩個作用:一個是保證晶體管集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū);另一個作用是為電路提供能源。UCC一般為幾伏特到幾十伏特。

集電極電阻RC將集電極電流變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?以實現(xiàn)電壓放大。RC的阻值一般為幾千歐姆到幾十千歐姆。它可以是一個純電阻,也可以是繼電器、發(fā)光二極管等,作為執(zhí)行元件或能量轉(zhuǎn)換元件。

基極偏置電阻RB主要作用是與電源UCC配合為晶體管提供合適的靜態(tài)基極電流IB

(也稱為偏置電流),RB的阻值較大,一般為幾十千歐姆到幾百千歐姆。

耦合電容C1、C2的主要作用是“隔直流,通交流”,它們可以有效地構(gòu)成放大電路的交流信號通路,避免信號源與放大器之間直流電位的互相影響。在圖9.1.1中,C1左邊與C2右邊只有交流信號,中間部分交直并存。耦合電容多采用電解電容,連接時注意極性,正極接高電位,一般為幾微法拉至幾十微法拉。

9.1.3放大電路的常用性能指標

1.放大倍數(shù)

放大倍數(shù)可分為電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、功率放大倍數(shù)。它們用于衡量放大電路對信號的放大能力,電壓放大倍數(shù)是最常用的指標,表達式為

2.輸入電阻

輸入電阻用來衡量放大電路從信號源獲取信號的能力,是信號源的負載,越大越好。它等于輸入信號的電壓i與輸入信號的電流i之比,表達式為

3.輸出電阻

輸出電阻是用來衡量放大電路帶負載能力的指標,其值越小越好,越小帶負載能力越強,即負載變化時對輸出電壓影響越小,表達式為

9.2放大電路的靜態(tài)分析

放大電路中沒有交流輸入信號(ui=0)時,電路中各處的電壓、電流都是不變的直流,稱為靜態(tài)工作狀態(tài)。靜態(tài)工作狀態(tài)下的各電流、電壓值稱為靜態(tài)值,用大寫字母的平標和下標表示,如基極電流IB、集電極電流IC

、基射極電壓UBE

、集射極電壓UCE

,其中根據(jù)IB、IC

、UCE

的值可以在晶體管特性曲線上確定一點,稱為靜態(tài)工作點。靜態(tài)分析的目的就是確定靜態(tài)工作點,因為靜態(tài)工作點選取不當,放大電路的輸出會失真,甚至不能放大。

9.2.1直流通路法靜態(tài)分析

靜態(tài)值是直流,因此可以用放大電路的直流通路進行分析計算。直流通路是指在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路。畫直流通路時電容視為開路,電感視為短路,信號電壓源視為短路,但應保留其內(nèi)阻。圖9.2.1所示電路就是圖9.1.1所示電路的直流通路,分析的具體步驟如下。圖9.2.1圖9.1.1所示放大電路的直流通路

例9.2.1在圖9.1.1中,UCC

=12V,RC=4kΩ,

RB

=300kΩ,β=37.5,求放大電路的靜態(tài)工作點。

解根據(jù)圖9.2.1所示的直流通路,按求解步驟可得

9.2.2圖解法靜態(tài)分析

放大電路的靜態(tài)工作點也可以通過圖解法確定,但考慮到作圖的準確程度,一般不用圖解法確定具體的靜態(tài)工作點數(shù)值。圖解法主要用于直觀分析和了解電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響,以及靜態(tài)工作點對放大電路工作的影響,對例9.2.1用圖解法確定靜態(tài)工作點的步驟如下:

(1)作出放大電路中三極管的輸出特性曲線。

在例9.2.1中,IB=40μA,所以IC、UCE的關(guān)系就是三極管對應于IB=40μA的一條輸出特性曲線,如圖9.2.2所示。

(2)作出放大電路中的直流負載線。

由圖9.2.1所示直流通路可以得到

或圖9.2.2圖解法確定靜態(tài)工作點

(3)確定靜態(tài)工作點。

直流負載線與三極管的某條(由IB決定)輸出特性曲線的交點Q,稱為靜態(tài)工作點,由它可以確定靜態(tài)工作點的數(shù)值。例9.2.1中IB=40μA,所以由圖9.2.2可確定Q點,得到

IB=40μA,IC

=1.5mA,UCE=6V。

由圖9.2.2可見,IB大小不同,靜態(tài)工作點在直流負載線上的位置也不同。因此改變IB的大小,就可以調(diào)整靜態(tài)工作點的位置,以適應不同的工作狀態(tài)的要求。

9.3放大電路的動態(tài)分析

對放大電路進行動態(tài)分析時要使用交流通路,所謂交流通路是指交流信號在放大電路中的傳輸通道。畫交流通路的原則是:電路中電容視為短路,直流電源視為短路。圖9.3.1所示是圖9.1.1所示放大電路的交流通路。圖9.3.1圖9.1.1所示放大電路的交流通路

9.3.1圖解法動態(tài)分析

在進行動態(tài)分析時,由于要用到較多的電壓、電流名稱,因此進行統(tǒng)一約定,以便區(qū)別。對于靜態(tài)值用大寫斜體字母加大寫正體字母下標表示,如基極電流IB、集射極電壓Uce;對于交流分量的有效值用大寫斜體字母加小寫正體字母下標表示,如基極電流Ib、集射極電壓Uce;對于交流分量的瞬時值用小寫斜體字母加小寫正體字母下標表示,如基極電流ib、集射極電壓uCE;對于電路中的總電壓或總電流的瞬時值用小寫斜體字母加大寫正體字母下標表示,如基極電流

iB、集射極電壓uCE。

對例9.2.1進行圖解分析,圖解法動態(tài)分析的具體步驟:

(1)根據(jù)ui的波形,在三極管輸入特性曲線上求iB。

(2)在輸出特性曲線上作交流負載線,求iC及uCE波形。

(3)求出放大倍數(shù)(不精確)。

根據(jù)圖9.3.1所示交流通路可得放大電路輸出回路電阻為

類似于直流負載線,交流負載線是一條過Q點,斜率為-1/R'L的直線,如圖9.3.2所示。圖9.3.2直流負載線與交流負載線

圖9.3.3為放大電路有正弦輸入信號的圖解分析過程。由圖解分析,可得如下結(jié)論:圖9.3.3放大信號有正弦輸入信號的圖解分析過程

(1)交流信號傳輸過程:ui(ube)→ib→ic→uo(uce)。

(2)交流直流共存,即靜態(tài)的直流分量上都疊加了交流分量:

由于電容C2的隔直作用,只有交流分量uce能通過電容C2,構(gòu)成輸出電壓uo,輸出明顯大于輸入,體現(xiàn)了放大作用。

(3)輸出與輸入相位相反,即反向電壓放大作用。

圖解法的主要作用是分析放大電路的非線性失真。三極管有三個工作區(qū),如果靜態(tài)工作點選取不當,就會使在一個輸入信號周期內(nèi),三極管工作在飽和區(qū)或截止區(qū),而產(chǎn)生波形失

真(非線性失真)。

(1)截止失真。

在圖9.3.4中,靜態(tài)工作點Q2的位置太低,在輸入信號的負半周,三極管進入截止狀態(tài),輸出電壓正半周被削平,嚴重失真,稱為截止失真。

(2)飽和失真。

在圖9.3.4中,靜態(tài)工作點Q1的位置太高,在輸入信號的正半周,三極管進入飽和狀態(tài),輸出電壓負半周被削平,嚴重失真,稱為飽和失真。圖9.3.4靜態(tài)工作點選取不當引起的輸出失真

(3)非線性失真解決辦法。

產(chǎn)生非線性失真的原因是靜態(tài)工作點不合適或者輸入信號太大,使放大電路的工作范圍超出了三極管的線性范圍引起的。截止失真與飽和失真都是非線性失真。解決的方法是:

①截止失真時,減小RB,使Q點上移。

②飽和失真時,增大RB,使Q點下移。

9.3.2微變等效法動態(tài)分析

當放大電路的輸入信號電壓很小時,可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替,從而對三極管放大電路進行線性化處理,即微變等效變換。圖9.3.5是三極管的微變等效電路。此處省略了變換推導過程,有興趣的同學可以參考電子技術(shù)相關(guān)參考書。三極管微變等效電路中rbe的估算公式為圖9.3.5三極管微變等效電路

1.畫出放大電路的微變等效電路

進行動態(tài)分析時首先要畫出放大電路的交流通路,如圖9.

3.1所示,再將三極管用微變等效電路代替,即得到放大電路的微變等效電路,如圖9.3.6所示。由于輸入是正弦信號,所

以圖9.3.6中的電壓與電流可以是向量形式。

圖9.3.6放大電路的微變等效電路圖

2.電壓放大倍數(shù)計算

由圖9.3.6可得

其中

因此電壓放大倍數(shù)

3.求輸入電阻

輸入電阻就是從放大器輸入端向內(nèi)看進去的等效電阻,由圖9.3.6及式(9.1.2),得

4.求輸出電阻

輸出電阻是從放大器輸出端看進去的一個電阻。求放大器輸出電阻時應將信號源短路,輸出端開路(去掉負載電阻),并在輸出端加一個交流電壓,以產(chǎn)生一個電流。

根據(jù)圖9.3.6及式(9.1.3),得

綜合以上分析,共射極放大電路的特點為:電壓放大倍數(shù)較大,輸入電壓與輸出電壓相位相反,輸入電阻較小,輸出電阻較大。

圖解法與微變等效電路法的對比如表9.3.1所示。

9.4靜態(tài)工作點的設置與穩(wěn)定方法

9.4.1靜態(tài)工作點的設置在上一節(jié)中說過,靜態(tài)工作點位置太高或太低,放大電路都會產(chǎn)生非線性失真,因此我們一般要求設置靜態(tài)工作點在直流負載線的中間位置比較好。但是當靜態(tài)工作點設置好以后經(jīng)常會受到工作溫度影響,例如在圖9.3.2中,當溫度上升時IC增大,此時直流負載線(-1/RC)和IB(IB≈UCC/RB)均未變化,而靜態(tài)工作點將向上移動,進入飽和區(qū)。

9.4.2常用靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路——分壓式偏置放大電路

圖9.1.1所示放大電路的偏流由RB與UCC確定,一經(jīng)選定就固定不變,所以稱為固定偏置放大電路,它不能穩(wěn)定靜態(tài)工作點。圖9.4.1(a)所示電路是分壓式偏置放大電路,它能提供合適的偏流,也能穩(wěn)定靜態(tài)工作點。該電路有兩個基極電阻RB1和RB2,多了射極電阻RE及電容CE。圖9.4.1分壓式偏置放大電路及其直流通路

1.靜態(tài)工作點的計算

先畫出放大電路的直流通路,如圖9.4.1(b)所示。由圖可得

由此可以看出,UB與三極管參數(shù)無關(guān),不受溫度影響。由圖9.4.1(b)還可得出

通過調(diào)整兩個基極電阻RB1和RB2,可使UB遠遠大于UBE,則

當RE固定不變時,IC和IE也不變。因此只要適當選取RB1和RB2,使I2遠遠大于IB,UB遠遠大于UBE,則UB、IC、IE均與三極管參數(shù)無關(guān),不受溫度影響,因此靜態(tài)工作點不變。一般RB1和RB2為幾十千歐姆,UB電位不能太高,否則,由于發(fā)射極電位UE(≈UB)增高而使UCE減小,最終會減小放大電路輸出電壓范圍。因此,對硅管而言,一般取I2為5到10倍的IB,UB為5到10倍的UBE。對分壓式偏置放大電路靜態(tài)工作點計算過程歸納如下:

2.動態(tài)分析

首先畫出放大電路的微變等效電路,如圖9.4.2所示。圖9.4.2分壓式偏置放大電路微變等效電路

參見前面推導過程,得

式(9.4.5)中R'L是等效負載,其值為RC∥RL。

例9.4.1在圖9.4.1(a)所示的電路中,UCC=12V,RB1=20kΩ,RB2=10kΩ,RC=3kΩ,RE=2kΩ,RL=3kΩ,β=50。計算靜態(tài)工作點,求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。

解由式(9.4.1)~式(9.4.4)可得靜態(tài)工作點為

由式(9.4.5)~式(9.4.7)進行動態(tài)分析,得

9.5共集電極放大電路

在晶體管組成的放大電路中,將集電極作為輸入和輸出信號的公共端,輸入電壓從基極對地(集電極)之間輸入,輸出電壓從發(fā)射極對地(集電極)之間取出,這種電路稱為共集電極放大電路,由于輸出電壓取自發(fā)射極,因此也稱射極輸出器,電路如圖9.5.1所示。圖9.5.1共集電極放大電路

1.靜態(tài)工作點計算

圖9.5.2是共集電極放大電路的直流通路,由此可以確定靜態(tài)工作點。由圖可得圖9.5.2共集電極放大電路的直流通路

2.動態(tài)分析計算

圖9.5.3是共集電極放大電路(射極輸出器)的微變等效電路,由此可以進行動態(tài)分析圖9.5.3射極輸出器微變等效電路

1)電壓放大倍數(shù)

由微變等效電路可知

式中,R'L是等效負載,其值為RC∥RL。

2)輸入電阻

由微變等效電路可以看出

輸入電阻為RB與rbe+(1+β)R'L的并聯(lián),即

射極輸出器輸入電阻很高,可達幾十千歐姆到幾百千歐姆。圖9.5.4計算輸出電阻時的等效電路

3.射極輸出器特點與用途

射極輸出器的特點如下:

(1)電壓放大倍數(shù)小于1,且近似于1,對輸入電壓無放大作用。

(2)輸入電阻高,輸出電阻低。

射極輸出器的用途如下:

(1)用于多級放大電路的輸入級。因其輸入電阻高,使信號源內(nèi)阻壓降小,利于信號電壓傳送入放大器。

(2)用于多級放大電路的輸出級。放大電路相對于負載而言相當于一個實際電壓源,輸出電阻低意味著當負載變化時,放大電路輸出電阻上的壓降小,從而保證負載上的輸出電壓變化小。

9.6多級放大電路的分析與計算

在工程應用中,由于輸入信號都比較微弱,所以由一個三極管組成的單級放大電路很難滿足要求。在實際使用時,一般是幾個單級放大電路連接起來,使信號逐級放大,稱為多級放大電路。在多級放大電路中,相鄰兩級的連接稱為級間耦合,耦合的目的是將前一級的信號送入下一級。對級間耦合的基本要求是:耦合電路對前后級放大電路靜態(tài)工作點無影響;不引起信號失真,盡量減少信號電壓在耦合電路上的損失。

常用的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合。多級放大電路最常采用的耦合方式是阻容耦合,阻容耦合時,前級與后級通過電容連接,電容的隔直作用使前后級的靜態(tài)工作點不相互影響,所以兩級靜態(tài)工作點可以單獨計算。變壓器耦合體積較大不便于集成。直接耦合時,前后級靜態(tài)工作點相互影響,受溫度影響較大。圖9.6.1所示是一個阻容耦合多級放大電路。下面通過一個例題來講述多級放大電路的分析過程。圖9.6.1兩級阻容耦合放大電路

解(1)靜態(tài)工作點計算。

第一級與第二級放大電路均為分壓式偏置放大電路,由于是阻容耦合,靜態(tài)工作點互不影響,因此可以分別單獨求取(可以參照例9.4.1)。

第一級:

(2)求電壓放大倍數(shù)。

(3)各級輸入輸出電阻。

第一級輸入電阻(放大電路總的輸入電阻):

第二級輸入電阻已經(jīng)求出,為0.94kΩ。

第一級輸出電阻與第二級輸出電阻(電路總的輸出電阻)分別為

從例9.6.1中可以看出,通過兩級放大后,放大倍數(shù)可以達數(shù)千倍。為了簡化電路,提高放大倍數(shù)還可以用復合管,也稱達林頓管。

復合管可以由同型管組成,也可以由不同型管組成。復合管的類型與第一個三極管相同,與后級的三極管無關(guān),如圖9.6.2所示。復合管的放大倍數(shù)是兩個三極管放大倍數(shù)的乘

積,即β=β1β2。由相同類型的三極管組成的復合管,其總的rbe表達式如下:

由不同類型的三極管組成的復合管,其總的rbe

等于第一個三極管的rbe

。圖9.6.2復合管

9.7差動放大電路

上一節(jié)中提到阻容耦合多級放大電路,但是在工業(yè)應用中有些地方不能使用阻容耦合多級放大電路,如測量溫度的系統(tǒng),由于測量信號變化緩慢,不適合用電容耦合,因此需要用直接耦合的多級放大電路,另外直接耦合的多級放大電路也利于集成。但是直接耦合放大電路最大的問題是零點漂移。所謂零點漂移,就是當輸入信號為零時,輸出信號不為零,而是一個隨時間漂移不定的信號,簡稱零漂。零漂嚴重時可以淹沒輸出信號。

9.7.1差動放大電路抑制零漂的原理

圖9.7.1是一個最基本的差動放大電路,電路的結(jié)構(gòu)與元件是左右對稱的。靜態(tài)時ui1=ui2=0,由于電路兩邊對稱,因此集電極電流、電位也相等,所以輸出電壓

當溫度升高時,兩管的集電極電流都增大,集電極電位都下降,并且兩邊的變化量相等,即

零點漂移被完全抑制了。圖9.7.1差動放大電路

差動放大電路對稱性越好,抑制零漂的作用越強。但是完全對稱是不可能的,因此引入電位器RP(一般為幾十歐姆,也叫調(diào)零電阻),通過調(diào)節(jié)電位器使靜態(tài)時輸出電壓為零。RE的主要作用是進一步減小零漂,穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點。但是當UCC固定時,過大的RE會使集電極電流變小,為此接入電源UEE。當溫度上升時,電路抑制零點漂移的過程如下:

9.7.2差動放大電路的工作原理

差動放大電路在雙端輸入時存在以下三種情況。

1.共模信號

當ui1=ui2時,稱為共模輸入信號。由于差動放大電路的對稱性,因此輸出電壓為零,電路對共模信號沒有放大能力。

9.7.3共模抑制比

差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)的比值稱為共模抑制比KCMRR,即

或用對數(shù)形式表示為

其中,Ad和Ac分別表示差模信號放大倍數(shù)和共模信號放大倍數(shù)。顯然,共模抑制比越大,差動放大電路分辨所需要的差模信號的能力越強,而受共模信號影響越小。

9.8功率放大電路

在實際工程中,往往要利用放大后的信號去控制某種執(zhí)行機構(gòu),如揚聲器發(fā)聲、電機轉(zhuǎn)動等。為了控制這些負載,要求放大電路要有較大的輸出電壓和電流,因此最后一級一般要用功率放大電路。功率放大電路與電壓放大電路并無本質(zhì)區(qū)別,其不同之處在于:電壓放大電路要求有較高輸出,是工作在小信號狀態(tài)下;而功率放大電路要求獲得較高輸出功率,是工作在大信號狀態(tài)下。

集成功率放大器的輸出功率從大到小,有多種規(guī)格系列的產(chǎn)品,可以查閱手冊選取。作為使用者不必關(guān)心器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理,只需掌握放大器各個引腳功能和使用方法即可。下面以D2002為例,對集成功率放大器進行介紹,如圖9.8.1所示。圖9.8.1集成功率放大電路應用

輸入信號ui經(jīng)耦合電容C1送入放大器輸入端1;放大后的信號由輸出端4經(jīng)耦合電容C2送到負載;5為電源,3為接地端。R3、C4構(gòu)成高通濾波電路,R1、R2、C3構(gòu)成負反饋電路,提高穩(wěn)定性。該電路不失真輸出功率可達5W。

9.9三極管放大電路在電子設備中的應用

三極管放大電路在測量、控制等領(lǐng)域應用十分廣泛。例如在汽車電子控制系統(tǒng)中,任何一個傳感器輸出的信號都是微弱的電信號,必須經(jīng)過放大后才能輸入到汽車電子控制單元中,經(jīng)過處理后執(zhí)行自動控制。在驅(qū)動元件時也要對功率較小的控制信號進行放大。

9.9.1汽車搭鐵探測器電路

圖9.9.1所示為汽車搭鐵探測器電路,其作用是檢測汽車線路是否有對車身短路的情況發(fā)生。

當汽車出現(xiàn)搭鐵短路時,該電路可以快速查找搭鐵故障點所在位置。其原理如圖9.9.1所示,當導線搭鐵后,在搭鐵處的短路電流會發(fā)出高頻波信號,這個信號就被由線圈和鐵芯

構(gòu)成的傳感器接收到,在傳感器中產(chǎn)生交變電信號。該信號比較微弱,但經(jīng)過兩個三極管構(gòu)成的兩級放大電路放大后,可以使LED發(fā)光、耳機發(fā)聲。探測器離故障點越近,LED越亮,耳機越響,從而可以快速找到故障點的位置。圖9.9.1汽車搭鐵探測器電路

9.9.2電動機繞組磁極檢測電路

圖9.9.2所示為一個電動機繞組磁極檢測電路,可用于電動機定子或轉(zhuǎn)子重繞時判讀繞組嵌線的正誤以及磁極繞組線圈的首尾端等。

集成電路IC1為運算放大器LF351H(運算放大器將在下一章介紹,此處的作用是放大輸入信號)。VT1與VT2組成輸入級差分放大電路,VT3與VT4為輸入級差分放大電路提供電流,VD3為VT3與VT4提供基準電壓。圖9.9.2電動機繞組磁極檢測電路

每相繞組均單獨檢測。在進行檢測前,先調(diào)節(jié)RP2使電表指示為零,再將檢測線圈兩端接上15~20V的直流電壓,然后將磁感應傳感器平行放在轉(zhuǎn)子或定子的極相組磁極上。這樣傳感器在通過電動機繞組磁場的瞬間會產(chǎn)生一個感應電流。根據(jù)電工技術(shù)知識,該感應電流的方向與磁力線的方向有關(guān),大小與磁場強弱有關(guān)。

傳感器檢測到的微弱電流分別加到差分放大器的VT1與VT2的基極,經(jīng)差分放大器放大后從集電極輸出,同時進入運算放大器,經(jīng)進一步放大后,輸出激勵電流表,電流表會向

正向或負向擺動,由此可以判斷出電動機轉(zhuǎn)子或定子磁矩排列順序和強弱是否符合嵌線規(guī)律。

9.10三極管開關(guān)電路在電子設備中的應用

由三極管的工作特性可知,當三極管在飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時,三極管即工作在開關(guān)狀態(tài)。在電子電路中很多時候要求三極管工作在開關(guān)狀態(tài),此時受控的電子器件一般接在三極管的集電極上,控制信號加在基極上,當基極上有控制信號來臨時,三極管就處于飽和導通狀態(tài),集電極和發(fā)射極之間相當于開關(guān)閉合,接在集電極上的電子器件由于得電而工作。

當控制信號與基極斷開時,三極管處于截止狀態(tài),集電極與基極之間相當于開關(guān)斷開,電子元件的電路被切斷而失電,如圖9.10.1所示。

圖9.10.1三極管開關(guān)電路基本應用示意圖

在汽車電子電路中,通過較小的控制信號經(jīng)過三極管開關(guān)電路,可以控制噴油器、繼電器、指示燈、點火器等大功率器件的工作。此外,在工業(yè)控制電路中三極管也常被作為開關(guān)使用,如常見的H橋電機驅(qū)動電路等等。三極管響應速度快、沒有噪聲而且不會造成機械磨損,所以在汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域經(jīng)常用三極管取代傳統(tǒng)的機械開關(guān)或繼電器等有觸點的元件

9.10.1H橋電機驅(qū)動電路

圖9.10.2中所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。四個三極管組成H的四條垂直腿,而電機就是H中的橫杠(注意:圖不是完整的電路圖,其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來)。要使電機運轉(zhuǎn),必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況,電流可能會從左至右或從右至左流過電機,從而控制電機的轉(zhuǎn)向。例如,當VT1和VT4導通、VT2和VT3截止時,電流就從電源正極經(jīng)VT1從左至右穿過電機,然后再經(jīng)VT4回到電源負極。該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當VT2和VT3導通、VT1和VT4截止時,電流將從右至左流過電機,該流向的電流將驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動。圖9.10.2H橋驅(qū)動電路

9.10.2噴油控制電路

圖9.10.3所示的電路是汽車發(fā)動機噴油控制電路。發(fā)動機工作時,各種傳感器的信號輸入給行車電腦ECU后,電腦根據(jù)計算和邏輯分析判斷的結(jié)果,發(fā)出脈沖信號指令到三極管VT的基極控制噴油器工作。當脈沖信號的高電平加到VT的基極時,VT導通,噴油器線圈電流接通,產(chǎn)生電磁吸力將閥門打開,噴油器開始噴油。當脈沖信號的低電平加到