三極管開關(guān)電路設(shè)計之雙路控制驅(qū)動方案分享

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

在本方案中，我們所設(shè)計的這一三極管開關(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)動方案中，我們所設(shè)計的驅(qū)動控制電路分為輸入級電路、放大級電路、驅(qū)動電路與保護電路。其中，輸入級和放大級電路由兩路相同晶體管開關(guān)電路構(gòu)成，驅(qū)動電路由兩路集電極開路驅(qū)動輸出，保護電路主要利用穩(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)電路中的控制信號為高電平狀態(tài)時，輸入級開關(guān)三極管工作，但放大級開關(guān)管不工作，電路輸出無驅(qū)動能力。當(dāng)控制信號為低電平狀態(tài)時，輸入級開關(guān)三極管不工作，但放大級開關(guān)管工作，電路輸出有驅(qū)動能力。這種雙路控制驅(qū)動電路的工作輸入與輸出時序圖如下圖圖2所示。

圖2 輸入與輸出時序圖

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)動方案中，其主電路系統(tǒng)又可以細分為輸入級電路、放大級電路、驅(qū)動電路與保護電路三個部分，下面我們將會對各部分進行詳細介紹。

首先來看輸入級電路的設(shè)計。這種三極管開關(guān)電路的輸入級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電路胸膛中，由控制信號控制兩路相同信號的輸入，兩路信號每次只有一路有輸入信號，不同時輸入。輸入信號為一定幅值的方波，當(dāng)控制信號為高電平。輸入信號為高電平時，三極管V1和V2的基極電流可計算為(Vcon-VBE1)/R1，集電極能提供的最大電流可計算為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)控制信號為低電平，V1和V2處于截止狀態(tài)，則兩個輸入信號分別通過電阻R3、R4加到放大級三極管的基極。

圖3 輸入級電路

接下來我們來看一下，在這種三極管開關(guān)電路的設(shè)計過程中應(yīng)該如何處理放大級電路的設(shè)計和安排。在該系統(tǒng)中，我們所設(shè)計的放大機電路對兩路輸入信號兩次放大后送給兩個驅(qū)動級電路。當(dāng)控制信號CON為低電平，輸入信號IN1、IN2在高電平期間，三極管V3和V4的基極電流可計算為(Vin1-VBE3)/R3，集電極能提供的最大電流可計算為：(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算為(VCC-VEE-VBE7)/R13。其中，三極管V7是驅(qū)動輸出級的管子，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)電路的放大級電路的正常運行過程中，當(dāng)控制信號CON為低電平且輸入信號為低電平時，則放大級的四個三極管都截止。當(dāng)控制信號Con為電平，輸入信號IN1、IN2在高電平期間，驅(qū)動級三極管V7、V8具有驅(qū)動能力，可將兩個三極管的集電極外接負載至電源進行驅(qū)動控制。

圖4 放大極電路

圖5 驅(qū)動與保護電路

在這種三極管開關(guān)電路的設(shè)計過程中，我們所設(shè)計的驅(qū)動與保護電路由二極管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，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，此時輸入端的信號幅度VX大約為：VCC+VR18+VZ+VBE9+VON，所以當(dāng)輸出1或2端由于接感性負載，會產(chǎn)生瞬時反向感應(yīng)電動勢而使其電壓上升。當(dāng)高于Vx時，V9導(dǎo)通，實現(xiàn)限幅功能，保護V7、V10。