三極管開關(guān)電路設(shè)計(jì)之雙路控制驅(qū)動(dòng)方案分享

三極管開關(guān)電路是很多工程師在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)用到的開關(guān)電路設(shè)計(jì)類型，其本身也具有簡便易設(shè)計(jì)、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)。在今天的文章中，我們將會(huì)為大家分享一種三極管雙路控制驅(qū)動(dòng)的開關(guān)電路方案，在這一三極管開關(guān)電路設(shè)計(jì)過程中，我們主要三極管飽和導(dǎo)通和截止作為開關(guān)控制信號(hào)，從驅(qū)動(dòng)保護(hù)、抗干擾等方面進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一種輸入脈寬可調(diào)信號(hào)的兩路驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。該電路具有快速精確、高性能、小型化等特點(diǎn)。

在本方案中，我們所設(shè)計(jì)的這一三極管開關(guān)電路的電路原理框圖如下圖圖1所示。在這種雙路控制的開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)方案中，我們所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)控制電路分為輸入級(jí)電路、放大級(jí)電路、驅(qū)動(dòng)電路與保護(hù)電路。其中，輸入級(jí)和放大級(jí)電路由兩路相同晶體管開關(guān)電路構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路由兩路集電極開路驅(qū)動(dòng)輸出，保護(hù)電路主要利用穩(wěn)壓二極管的限幅功能，電路采取雙電源供電模式。

圖1 三極管開關(guān)電路原理框圖

在這一三極管開關(guān)電路系統(tǒng)中，當(dāng)電路中的控制信號(hào)為高電平狀態(tài)時(shí)，輸入級(jí)開關(guān)三極管工作，但放大級(jí)開關(guān)管不工作，電路輸出無驅(qū)動(dòng)能力。當(dāng)控制信號(hào)為低電平狀態(tài)時(shí)，輸入級(jí)開關(guān)三極管不工作，但放大級(jí)開關(guān)管工作，電路輸出有驅(qū)動(dòng)能力。這種雙路控制驅(qū)動(dòng)電路的工作輸入與輸出時(shí)序圖如下圖圖2所示。

圖2 輸入與輸出時(shí)序圖

由上圖1所展示的電路原理框圖可以看出，這一雙路控制的三極管開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)方案中，其主電路系統(tǒng)又可以細(xì)分為輸入級(jí)電路、放大級(jí)電路、驅(qū)動(dòng)電路與保護(hù)電路三個(gè)部分，下面我們將會(huì)對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。

首先來看輸入級(jí)電路的設(shè)計(jì)。這種三極管開關(guān)電路的輸入級(jí)電路的電路圖如下圖圖3所示。我們可以看到，在圖3所提供的這一輸入級(jí)電路胸膛中，由控制信號(hào)控制兩路相同信號(hào)的輸入，兩路信號(hào)每次只有一路有輸入信號(hào)，不同時(shí)輸入。輸入信號(hào)為一定幅值的方波，當(dāng)控制信號(hào)為高電平。輸入信號(hào)為高電平時(shí)，三極管V1和V2的基極電流可計(jì)算為(Vcon-VBE1)/R1，集電極能提供的最大電流可計(jì)算為Vin1/R3，選擇合適參數(shù)的三極管，使得基極電流大于集電極最大電流，則V1和V2都處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，V1、V2的集電極為低電平。當(dāng)控制信號(hào)為低電平，V1和V2處于截止?fàn)顟B(tài)，則兩個(gè)輸入信號(hào)分別通過電阻R3、R4加到放大級(jí)三極管的基極。

圖3 輸入級(jí)電路

接下來我們來看一下，在這種三極管開關(guān)電路的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該如何處理放大級(jí)電路的設(shè)計(jì)和安排。在該系統(tǒng)中，我們所設(shè)計(jì)的放大機(jī)電路對(duì)兩路輸入信號(hào)兩次放大后送給兩個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)電路。當(dāng)控制信號(hào)CON為低電平，輸入信號(hào)IN1、IN2在高電平期間，三極管V3和V4的基極電流可計(jì)算為(Vin1-VBE3)/R3，集電極能提供的最大電流可計(jì)算為：(VCC-VBE5)/R9，選擇參數(shù)合適的三極管，使得基極電流大于集電極最大電流值，則此時(shí)V3、V4處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。同理，V5和V6集電極能提供的最大電流可計(jì)算為(VCC-VEE-VBE7)/R13。其中，三極管V7是驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)的管子，選擇參數(shù)合適的三極管，使得基極電流大于集電極最大電流，則V5、V6飽和導(dǎo)通。

在這一三極管開關(guān)電路的放大級(jí)電路的正常運(yùn)行過程中，當(dāng)控制信號(hào)CON為低電平且輸入信號(hào)為低電平時(shí)，則放大級(jí)的四個(gè)三極管都截止。當(dāng)控制信號(hào)Con為電平，輸入信號(hào)IN1、IN2在高電平期間，驅(qū)動(dòng)級(jí)三極管V7、V8具有驅(qū)動(dòng)能力，可將兩個(gè)三極管的集電極外接負(fù)載至電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。

圖4 放大極電路

圖5 驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路

在這種三極管開關(guān)電路的設(shè)計(jì)過程中，我們所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路由二極管V10、V11，電阻R17、R18，穩(wěn)壓管V12、V13和三極管V9構(gòu)成。當(dāng)三極管V9導(dǎo)通時(shí)，V9導(dǎo)通壓降VBE9=VON，穩(wěn)壓管的電壓降為VZ，二極管導(dǎo)通壓降為VON，電阻R18的電壓降VR18約為(Von/R17)R18，此時(shí)輸入端的信號(hào)幅度VX大約為：VCC+VR18+VZ+VBE9+VON，所以當(dāng)輸出1或2端由于接感性負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而使其電壓上升。當(dāng)高于Vx時(shí)，V9導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)限幅功能，保護(hù)V7、V10。