晶体管是可以执行切换和放大的有源器件。这两个操作在两种情况下没有基本上不同 - 在这两种情况下,流过设备的相对大的电流由施加到输入端子的小幅度或低功率信号来调节。
但是,术语“开关”和“放大器”帮助我们简明地传达了衍生的差异使用晶体管的方式从电路设计人员的目的。在本教程中,我们将专注于开关,在下一个教程中,我们将研究一个BJT小信号放大器。
电子系统通常负责控制电动机,电磁阀,加热器和其他类型的高电源设备。被控制的东西被称为加载我们指的是,通过“控制”的开启,将现有电子产品的目的是向负载供电,把权力从负载按照命令生成的,例如,一个比较器电路,一组相互联系的逻辑门,或人类操作员。
如今,控制电子交换机的命令将经常来自微控制器。例如,机电系统可以包括几种需要单独启动和以根据环境条件改变的精确序列停止的多个DC电动机。
由微控制器监视器传感器执行的指令,实现所需的序列,并为每个电动机产生旨在的数字信号;逻辑高信号表示电机应该旋转,逻辑低信号表示应停止电机。逻辑低信号将非常接近0 V,常见的逻辑高电平为3.3 V.
我们不能用微控制器直接控制电机,因为微处理器和其他类型的数字ic产生的信号不能提供驱动高功率负载所需的大量电流。
另一方面,离散晶体管,可以提供大量的电流。因此,如果我们在微控制器和电机之间插入BJT开关,我们通过低功耗数字信号具有控制高功率负载的有效方法。
当我们使用BJT作为一个基本的“低侧”开关时,目标是翻转负载从经过预防电流流动并转动负载在经过允许电流从电源电压自由流动,通过负载,通过BJT的集电极和发射极,到地。防止电流很容易:逻辑低控制信号将不会正向偏置BE结,因此晶体管将处于截止状态。
但是,我们如何导致电流通过负载自由流动?我们是否希望在状态晶体管开关中以前进主动模式或饱和模式操作?正如我们在下一个教程中看到的,前进活动模式提供高获得,意味着输入电压的非常小的变化可以产生大型和输出电流的成比例变化。
在开关电路中,目标不是在输出电流中提供比例变化;相反,我们只是想将晶体管驱动成全部传导。因此,在截止模式和饱和模式之间的BJT开关转换。我们不限制输入电压或输入电流,试图将晶体管保持在前向主动模式。
下面的图与我们在前一教程中看到的图相同,只是标签被更改了,它帮助我们理解为什么饱和模式为切换负载提供最大电流。
集电极电压(V.上校)在正向有源操作时下降,当晶体管进入饱和状态时趋于平稳。我们将饱和模式集电极电压近似为常数VCE(SAT)= 0.2 v,我们想到vCE(SAT)作为最低集电极电压这在正常操作中是可能的。
如果我们想象负载是在电源电压和集电极电压之间放置的电阻,则当负载的电压最大化时,通过负载的电流将是最大的,并且由于电源电压是固定的,因此负载上的电压最大化当集电极电压达到v时CE(SAT)。
本教程提供了基于晶体管的开关电路的基本示例,并解释了我们在执行BJT切换时利用截止和饱和模式的原因。在下一个教程中,我们将使用简单的电路来探索BJT放大,该电路增加正弦输入信号的幅度。