有時(shí)候,我們所設(shè)定的低電壓準(zhǔn)位未必就能使三極管開關(guān)截止,尤其當(dāng)輸入準(zhǔn)位接近0.6伏特的時(shí)候更是如此。想要克服這種臨界狀況,就必須采取修正步驟,以保證三極管必能截止。圖1就是針對(duì)這種狀況所設(shè)計(jì)的兩種常見之改良電路。
圖1 確保三極管開關(guān)動(dòng)作,正確的兩種改良電路
圖1(a) 的電路,在基射極間串接上一只二極管,因此使得可令基極電流導(dǎo)通的輸入電壓值提升了0.6伏特,如此即使vin值由于信號(hào)源的誤動(dòng)作而接近0.6伏特時(shí),亦不致使三極管導(dǎo)通,因此開關(guān)仍可處于截止?fàn)顟B(tài)。圖1(b)的電路加上了一只輔助-截止(hold-off)電阻r2,適當(dāng)?shù)膔1,r2及vin值設(shè)計(jì),可于臨界輸入電壓時(shí)確保開關(guān)截止。由圖6(b)可知在基射極接面未導(dǎo)通前(ib0),r1和r2形成一個(gè)串聯(lián)分壓電路,因此r1必跨過固定(隨vin而變) 的分電壓,所以基極電壓必低于vin值,因此即使vin接近于臨界值(vin=0.6伏特) ,基極電壓仍將受連接于負(fù)電源的輔助-截止電阻所拉下,使低于0.6伏特。由于r1,r2及vbb值的刻意設(shè)計(jì),只要vin在高值的范圍內(nèi),基極仍將有足夠的電壓值可使三極管導(dǎo)通,不致受到輔助-截止電阻的影響。
加速電容器(speed-up capacitors)
在要求快速切換動(dòng)作的應(yīng)用中,必須加快三極管開關(guān)的切換速度。圖2為一種常見的方式,此方法只須在rb電阻上并聯(lián)一只加速電容器,如此當(dāng)vin由零電壓往上升并開始送電流至基極時(shí),電容器由于無法瞬間充電,故形同短路,然而此時(shí)卻有瞬間的大電流由電容器流向基極,因此也就加快了開關(guān)導(dǎo)通的速度。稍后,待充電完畢后,電容就形同開路,而不影響三極管的正常工作。
圖2 加了加速電容器的電路
一旦輸入電壓由高準(zhǔn)位降回零電壓準(zhǔn)位時(shí),電容器會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)即令基射極接面變成反向偏壓,而使三極管開關(guān)迅速切斷,這是由于電容器的左端原已充電為正電壓,如圖2所示,因此在輸入電壓下降的瞬間,電容器兩端的電壓無法瞬間改變?nèi)詫⒕S持于定值,故輸入電壓的下降立即使基極電壓隨之而下降,因此令基射極接面成為反向偏壓,而迅速令三極管截止。適當(dāng)?shù)倪x取加速電容值可使三極管開關(guān)的切換時(shí)間減低至幾十分之微秒以下,大多數(shù)的加速電容值約為數(shù)百個(gè)微微法拉(pf) 。
有時(shí)候三極管開關(guān)的負(fù)載并非直接加在集電極與電源之間,而是接成圖3的方式,這種接法和小信號(hào)交流放大器的電路非常接近,只是少了一只輸出耦合電容器而已。這種接法和正常接法的動(dòng)作恰好相反,當(dāng)三極管截止時(shí),負(fù)載獲能,而當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí),負(fù)載反被切斷,這兩種電路的形式都是常見的,因此必須具有清晰的分辨能力。
圖3 將負(fù)載接于三極管開關(guān)電路的改進(jìn)接法
圖騰式開關(guān)(totem-pole switches)
假使圖3的三極管開關(guān)加上了電容性負(fù)載(假定其與rld并聯(lián)) ,那么在三極管截止后,由于負(fù)載電壓必須經(jīng)由rc電阻對(duì)電容慢慢充電而建立,因此電容量或電阻值愈大,時(shí)間常數(shù)(rc) 便愈大,而使得負(fù)載電壓之上升速率愈慢,在某些應(yīng)用中,這種現(xiàn)象是不容許的,因此必須采用圖4的改良電路。
圖4 圖騰式三極管開關(guān)
圖騰式電路是將一只三極管直接迭接于另一三極管之上所構(gòu)成的,它也因此而得名。欲使負(fù)載獲能,必須使q1三極管導(dǎo)通,同時(shí)使q2三極管截?cái)?,如此?fù)載便可經(jīng)由q1而連接至vcc上,欲使負(fù)載去能,必須使q1三極管截?cái)?,同時(shí)使q2三極管導(dǎo)通,如此負(fù)載將經(jīng)由q2接地。由于q1的集電極除了極小的接點(diǎn)電阻外,幾乎沒有任何電阻存在(如圖9所示) ,因此負(fù)載幾乎是直接連接到正電源上的,也因此當(dāng)q1導(dǎo)通時(shí),就再也沒有電容的慢速充電現(xiàn)象存在了。所以可說q1“將負(fù)載拉起”,而稱之為“挽起 (pull up) 三極管”,q2則稱為“拉下(pull down) 三極管”。圖9左半部的輸入控制電路,負(fù)責(zé)q1和q2三極管的導(dǎo)通與截?cái)嗫刂?,但是必須確保q1和q2使不致同時(shí)導(dǎo)通,否則將使vcc和地之間經(jīng)由q1和 q2而形同短路,果真如此,則短路的大電流至少將使一只三極管燒毀。因此圖騰式三極管開關(guān)絕對(duì)不可如圖1般地采用并聯(lián)方式來使用,否則只要圖騰上方的三極管q1群中有任一只導(dǎo)通,而下方的q2群中又恰好有一只導(dǎo)通,電源便經(jīng)由導(dǎo)通之q1和q2短路,而造成嚴(yán)重的后果。