本篇文章將繼續(xù)介紹三極管的開關(guān)電路，希望與大家一起學(xué)習(xí)進(jìn)步！也歡迎讀者朋友關(guān)注、收藏、分享和點(diǎn)贊，感謝支持！

在《三極管設(shè)計(jì)邏輯取反電路（一）》的文檔中，基于三極管的特性，將邏輯取反電路的參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并給出了電阻取值的理由，但選型中沒有對(duì)非常重要的一個(gè)器件——三極管進(jìn)行分析。下面一起看看對(duì)于“邏輯取反”電路和常見的開關(guān)電源里面的“開關(guān)電路”使用的三極管在選型方面有哪些需要注意的地方。

01. 邏輯取反電路

在邏輯取反電路中，控制信號(hào)幅值為5V，低壓小信號(hào)，如果此時(shí)電源VCC電壓的幅值較大，是高壓信號(hào)。此時(shí)的電阻R5為阻性負(fù)載，Uce的波形如下：

當(dāng)開關(guān)S0閉合時(shí)，三級(jí)管Q3飽和導(dǎo)通，根據(jù)電路理論：Uce+Ur=VCC，由于此時(shí)Q3的導(dǎo)通，壓降幾乎為0，則此時(shí)Uce=0；

當(dāng)開關(guān)S0斷開時(shí)，三級(jí)管Q3截止，根據(jù)電路理論:Uce+Ur=VCC，由于此時(shí)Q3未導(dǎo)通，電路中沒有電流，則Ur=0V，此時(shí)的Uce=VCC。

因此Uce的波形如上圖2波形所示。在幅值上Uce比5V大，在相位上和控制信號(hào)相反。電路既能實(shí)現(xiàn)邏輯取反，也能實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，同時(shí)還是小信號(hào)控制大信號(hào)理念的體現(xiàn)。

在《三極管設(shè)計(jì)邏輯取反電路（一）》中針對(duì)三級(jí)管開通和關(guān)斷的時(shí)間，進(jìn)行了電阻的調(diào)整，但是未對(duì)三極管集電極承受的電壓進(jìn)行計(jì)算。從Uce的波形上可以看出，如果三極管要能正常的開通和關(guān)斷，在集電極承受的電壓最小為0V，最大為VCC。

考慮到安全裕量，開關(guān)管的耐壓值Uce=(1.2~1.5)xVCC

舉例：根據(jù)2N3904數(shù)據(jù)手冊(cè)，三極管的VCE最大為40V。如果將該型號(hào)的三極管用在電路中，VCC的電壓不能超過40/1.5=28V，即在VCC電壓為30V以下的電路都是比較安全的。

02. 開關(guān)電源的開關(guān)電路

在邏輯取反電路中，集電極和VCC之間接的R5為阻性負(fù)載，如果將阻性負(fù)載改為感性負(fù)載——電感（變壓器）。這種電路在隔離式開關(guān)電源的拓?fù)渲袝?huì)經(jīng)?？吹?，如下圖的反激式拓?fù)渌尽?img src="https://eestar-public.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/article/image/20201209/e5b93a7f8d7078cb955222433a8744a6.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg==,t_20" />

為了方便分析，將隔離式開關(guān)電源的中的開關(guān)電路部分進(jìn)行單獨(dú)分析，如下圖5所示。

如果測(cè)試2N3904的Uce之間的波形，在示波器上經(jīng)常會(huì)看到下面的波形，即在方波上還有一個(gè)振蕩的波形。

如果用示波器測(cè)量Uce波形幅值，會(huì)發(fā)現(xiàn)振蕩波形的中心電壓為VCC，而波形的最大值遠(yuǎn)大于VCC，幾乎是VCC的2倍。

下面分析一下上述波形的形成的原因。

當(dāng)開關(guān)S0閉合時(shí)，此時(shí)三極管飽和導(dǎo)通，Uce的電壓基本上為0，不需要做深入的分析。從示波器的波形也可以看出，Uce為低電平時(shí)，波形非常干凈。

當(dāng)開關(guān)S0斷開時(shí)，此時(shí)三極管截止，由于在電路開通階段，電感中有電流流過，電感儲(chǔ)存了一部分能量， 現(xiàn)在開關(guān)S0突然關(guān)斷即三極管也關(guān)斷。由電感的特性可知，此時(shí)電感必然會(huì)感應(yīng)出一個(gè)電動(dòng)勢(shì)來阻礙電流的減小，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)閳D示中紅色的方向，即下正下負(fù)。

此時(shí)有VCC+UL=Uce，即在三極管截止關(guān)斷的一瞬間，Uce的電壓從VCC瞬間突變到的非常高，如下圖8中的M點(diǎn)。

M點(diǎn)的出現(xiàn)是因?yàn)槿龢O管的關(guān)斷，能量和電流一樣不能突變，電感中儲(chǔ)存的能量會(huì)因?yàn)闆]有釋放通路，產(chǎn)生尖峰電壓即dv/dt比較大。同時(shí)，由于生產(chǎn)工藝的原因，在繞制的電感線圈之間存在分布電容，這部分能量會(huì)對(duì)分布電容充電，對(duì)電容充電的過程，Uce會(huì)慢慢下降，電容充滿以后反過來對(duì)電感充電，該過程會(huì)一直持續(xù)幾個(gè)周期。

考慮到電感自身電阻以及線路的銅耗，電壓會(huì)不斷降低，振蕩的過程為阻尼振蕩，也稱為振鈴現(xiàn)象。當(dāng)電感中的電流為0以后，能量釋放完畢，此時(shí)的Uce被電源鉗位在VCC電壓。

一般在電路中只要出現(xiàn)振蕩，那必不可少的兩個(gè)元器件L，C。根據(jù)電感自身的特性，將電感線圈繞組間的分布電容等效為一個(gè)電容，且它和電感L進(jìn)行并聯(lián)。等效電路如下圖10所示。

• 在三級(jí)管關(guān)斷時(shí)，此時(shí)電感的感生電勢(shì)電壓方向?yàn)橄抡县?fù)，對(duì)電容充電，電容下正上負(fù)。

• 電容充滿以后，又對(duì)電感放電，此時(shí)電容的電壓方向還是下正上負(fù)，電感為了阻礙電容的充電，感生電勢(shì)的電壓下正上負(fù)。

• 電容的電放完以后，電感為了維持被充電的狀態(tài)，產(chǎn)生感生電勢(shì)的方向變?yōu)樯险仑?fù)，繼續(xù)對(duì)電容反向充電。

• 電容充滿以后，又對(duì)電感放電，此時(shí)電容的電壓方向還是上正下負(fù)，電感為了阻礙電容的充電，感生電勢(shì)的電壓上正下負(fù)。

上面充電、放電的循環(huán)往復(fù)，加上電路的線阻，就形成了上述振鈴的現(xiàn)象。

分析完上面波形產(chǎn)生的原理，顯然三極管集電極的耐壓和邏輯取反電路的耐壓值選取原則不一樣。

考慮到三極管的安全性和裕量，耐壓值至少為2倍的VCC，即Uce=（2~2.5）xVCC

舉例：如果VCC是AC220整流后的電壓，即為310V，按照上面給出的選項(xiàng)原則，選一個(gè)耐壓值為800V左右的三極管即可。問題來了，如果選擇一個(gè)耐壓值為1500V的三極管，不是更安全嗎？

根據(jù)圖3的2N3904的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，Uce的耐壓值為40V，下圖是2N2904三極管Uce的飽和壓降值為0.2V。

再看看三極管HM13002的數(shù)據(jù)手冊(cè)，Uce耐壓值為800V，而此時(shí)Uce飽和壓降為0.8V。

從上面的數(shù)據(jù)可以看出，如果選擇開關(guān)管耐壓值越高，飽和壓降會(huì)越大。飽和壓降越大，三極管在開通的時(shí)候雖然能夠承受更高的電壓，但由P=U*I可知，此時(shí)三極管的功耗增加，三極管會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重！

因此，在開關(guān)電源的開關(guān)管（BJT、MOS）選型中，并不是耐壓值越大越好，需要綜合考慮。

通過利用三極管設(shè)計(jì)“邏輯取反電路”和“開關(guān)電路”可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際電路中，對(duì)某一個(gè)器件的選擇，并不是只要參數(shù)滿足它就可以使用，往往要結(jié)合多方面進(jìn)行折中考慮。

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