三极管开关电路三极管开关电路.doc

武汉理工大学 开放性实验报告 （A类/B类） 项目名称： 三极管开关电路 实验室名称： 创新实验室 学生姓名： 唐志伟 创新实验项目报告书 实验名称 三极管开关电路 日期 2012年11月22日 姓名 唐志伟 专业 电气 实验目的（详细指明输入输出） 了解开关电路的原理和参数的设置。 掌握高电平饱和导通和低电平饱和导通两种开关电路的设计制作和调试过程。 熟悉撰写实验报告。 实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页) 对硅三极管而言，其基极与射极之间正向偏压值约为0.6伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于 0.3伏特。当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路。欲如此就必须使 Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则Vce便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。 在理想状况下，根据欧姆定律三极管呈饱和时，其集电极电流应该为﹕  因此，基极电流最少应为： 实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细） 1.实验原理图设计及其说明 A.电源电压和输入电压的选择 驱动继电器所需的电压一般为3.5V左右的电压，所以Vcc选择为5V即可。同时题目要求Vin≥4.3V,所以输入采用高电平和低电平分别为5V和0V的脉冲波。 B.Rc（图中R3）的设置 电路中的输出在集电极输出（如步骤三图），那么在三极管导通时候继电器被短路，即没有电压输入，Rc基本承受了Vcc的全部的电压；当三极管截止的时候，继电器和Rc串联在Vcc和GND之间分压，一般继电器的阻抗在60-70Ω，要使继电器达到工作电压（3.5V），那么Rc应该设在30Ω。所以电路中的Rc设在30Ω。同时还要考虑到Rc的功率的问题，三极管导通时，PcM=Vcc2/Rc=0.83W，一般的电阻的额定为0.25W，无法承受，所以这里采用5个150Ω的普通电阻并联得到30Ω电阻，功率也可以达到要求；至于三极管截止的时候功率更低，肯定可以满足要求。 C.三极管的选择 这里三极管的对频率特性要求不是很高，并且三极管的VBE一般都在0.6-0.7V之间。同时在三极管导通时，Ic=Vcc/Rc=166mA，相对较大，而2N5551的最大Ic可以达到600mA；同时2N5551的导通时的Vce较小，一般为0.2V。所以这里选用了普通的2N5551。 D.偏执电阻R1和R2的设置 由上面给出的公式可知Ib=Vin/R1≥Ic/β，2N5551的β值在80到250之间，当β取最小值80的时候，Ib=2mA。保险估计，取R1=1kΩ,输出高电平时Ib=5mA=2.5*2mA，完全满足要求。至于接地的R2，一般不宜太大或太小，太大噪声干扰影响太大，太小的话三极管导通的时候就会有过大的电流流过，不利于电路的节能，这里R2取和R1一样的值，所以R2=1kΩ。 E.以上为NPN的设计过程，以NPN三极管的开关电路是高电平饱和导通电路，PNP就相当于NPN的一个镜像，是低电平饱和导通电路，原理图如下。PNP的二极管给了两种，一种是8550，一种是2N5551，因为2N5551的导通电压相对较小（其实也比较大，Ic=50mA时压降为500mV；Ic=10mA时压降为200mV），所以选用了2N5551作为更换。其它的参数则设置的一模一样。 仿真结果 A.下图是高电平饱和导通电路的带负载（输入频率1Hz），可知输出电压高电平为3.5V，低电平为250mV左右。 B.下图是高电平饱和导通电路的不带负载（输入频率10kHz），可知输出电压高电平为5V，低电平为250mV左右。 C.下图是低电平饱和导通电路的带负载（输入频率1Hz），可知输出电压高电平为4.6V，低电平为1.5V左右（说明与Vcc 的压降为3.5V，满足要求）。 D.下图是低电平饱和导通电路的不带带负载（输入频率1kHz），可知输出电压高电平为4.6V，低电平为0V左右。 实物的制作和调试 制作的时候，先制作高电平饱和导通的开关电路，焊接电路很快就完成了。。所不一样的是在输入电压的频率较高的时候，输出电压有高电平变为低电平时容易出现负压的状况，不过绝对值相对较小，一般是几十到两百毫伏之间，基本可