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开关电路的技术资料

  1.二极管开关特性

  二极管的导通和截止相当于开关的“通”和“断”状态,利用二极管可制成无触点开关,它比起机械式触点开关,动作快、寿命长,反应灵敏,在自动控制技术中得到广泛的应用。

  如果给二极管加上正向电压,由于二极管的正向电阻很小,导通时的压降也很小,这时可以把二极管看成近似短路,相当于开关的闭合状态。反之,如果给二极管加上反向电压,二极管的反向电阻非常大,反向电流近似为零,二极管呈截止状态,相当于开关的断开状态。用控制二极管外加电压极性的方法能使二极管起开关作用。

  (1)稳态特性。在不考虑信号电压变化的情况下,二极管处于稳定的导通或截止状态时所具有的性质,称为稳定特性。

  由二极管的正向特性曲线可知,为使二极管处于导通状态,必须在二极管两端加大于二极管死区电压的正向电压,二极管导通后有一定的管压降,这是因为二极管内部存在着正向电阻的缘故。由二极管反向特性曲线可知,二极管在两端反向电压不超过反向击穿电压的情况下,二极管虽处于截止状态,但却存在一定的反向电流,产生漏电流的原因是二极管的反向电阻还不足够大。在实际应用二极管作为开关时,应选择正向电阻小、反向电阻大的二极管,同时注意二极管导通时的工作电流不要太大,以免影响二极管的开关速度。

  (2)瞬态特性。二极管的正向导通与反向截止这两种状态之间相互转换的特性,称为瞬态特牲。二极管从正向导通变为反向截止和由反向截止转换为导通的过程所需的时间是不同的,前者的转换时间较长,后者的转换时间较短并且可以忽略。

  二极管由正向导通状态转换为反向截止状态的过程称为二极管的反向恢复过程,所需时间称为反向恢复时间。反向恢复时间的长短是由二极管所存贮载流子的多少及其扩散的速度决定的,一般二极管的反向恢复时间都是纳秒级的。在实际使用时,为提高开关速度,必须选择合适的二极管,同时在外部电路中提供必要的条件,以缩短反向恢复时间。

  2.三极管的开关持性

  三极管作为开关使用时,常采用共发射极接法。如图3-32所示。当电路的输入端有一定幅度的正脉冲加入时,三极管导通并进入饱和状态。此时,集电极电流较大,集电极与发射极之间的电压接近OV,三极管相当于接通的开关。当三极管加入负脉冲时,三极管将截止,集电极电流近似为零,相当于断开的开关。所以三极管实质上是受基极控制的无触点开关。

  三极管作为开关使用时,主要工作在截止区和饱和区,并经常在这两个区域之间进行快速转换。

  (1)饱和状态。三极管的饱和状态是指三极管导通后失去了电流放大作用。三极管的饱和压降很小,因此,饱和时三极管的集电极与发射极之间近似于短路,如同闭合的开关。饱和电流为:

  UccK RU一Rc尺6三极管饱和状态的特点是:三极管发射结和集电结均为正向偏置;氏一,岱/届,凡一Uc。/R。,UCES很小,近似为零。

  (2)截止状态。当电路加上负脉冲时,由于发射结和集电结都为反向偏置,所以/B~O,厶—0,R。上几乎没有压降,集电极回路中UCE一UCC,三极管处于截止状态,集电极和发射极之间近似于开路,相当于断开的开关。

  三极管工作于截止状态的特点是:三极管的发射结和集电结都是反向偏置,,B、,c都近似为零,UCE一UCC。

  (3)瞬态特性。三极管由截止状态转换为饱和状态,必须经过放大区,因此,两种状态之间的转换总是需要时间的。三极管由截止转变为饱和导通所需的时间,称为开通时间。把三极管由饱和到截止所需的时间称为开断时间。

  3.改善三极管开关特性的措施利用加速电容改善三极管的开关特性。如图所示。

  它的工作原理是:当电路的输入信号为正跳变时,由于电容C,两端的电压不能突变,立刻反映到三极管的基极输入端,从而可向基极注入一个很大的正向基极电流,使三极管迅速导通并进入饱和,从而缩短了开通时间。此后电容Cj继续充电,充电结束后,电容C,相当于开路,电路进入稳态,适当选择RB可使三极管不致进入深庋饱和。

  当输入信号由正跳变到零时,电容两端的电压反向加到三极管的发射结上,形成较大的反向基极电流,它使三极管存储的载流子加速消散,三极管迅速截止,从而缩短了关断时间。

  加速电容的作用是:既能提供三极管由截止到饱和瞬间很大的正向基极电流,又能提供三极管由饱和到截止瞬间很大的反向基极电流。即加速了三极管的导通过程,又加速了三极管的截止过程,从而提高了三极管的开关速度。

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