晶体管开关电路设计.docVIP

武汉理工大学 开放性实验报告 （A类/B类） 项目名称： 晶体管开关电路设计 实验室名称： 学生姓名： 创新实验项目报告书 实验名称 晶体管开关电路设计 日期 姓名 专业 自动化 实验目的（详细指明输入输出） 深入了解开关电路的工作原理； 学会选择各种元器件以设计符合要求的开关电路； 在调试过程中熟练掌握示波器等相关仪器的使用； 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) 实验要求如下： 1.最大开关频率≥10KHz（不加输出负载）； 2.其输出用以控制继电器的通断（输入信号1Hz）； 3.有效输入控制电压Vin≤0.7V或Vin≥4.3V； 4.设计两种开关电路：高电平饱和导通、低电平饱和导通； 实验原理图如下： 高电平饱和导通开关电路： 2.低电平饱和导通开关电路： 在高频开关电路中，开关三极管应用非常广泛。无论是什么开关电路，都离不开开关三极管。下。图(a)中三极管为NPN型硅管。电阻Rb为基极电阻，电阻Rc为集电极电阻，晶体三极管T的基极b起控制的作用，通过它来控制开关开闭动作，集电极c及发射极e形成开关两个端点，由b极来控制其开闭，c.e两端的电压即为开关电路的输出电压vO。 1)当输入电压vI为高电平时，晶体管导通，相当于开关闭合， 2)当输入电压vI为低电平时，由图可见，晶体管截止，相当于开关断开， 如何使三极管工作于开关 晶体三极管的实际开关特性决定于管子的工作。晶体三极管输出特性三个工作区，即截止区、放大区、饱和区,如图4.2.1(b)所示。如果要使晶体三极管工作于开关的接通，就应该使之工作于饱和区； 要使晶体三极管工作于开关的断开晶体三极管处于截止，，晶体管基极与发射极之间加反向电压，只存在集电极反向饱和电流ICBO，iB =-ICBO，iE=0，为临界截止晶体管进入截止。同时基极电流也增加，随着基极电流iB 的增加基极电位vB升高，而随着集电极电流iC的增加，集电极电位vC却下降。当基极电流iB增大到一定值时，将出现vBE =vCE的。进一步增大iB ，iB增大，使得集电结由零偏变为正向偏置，集电结位垒降低，集电区电子也将注入基区，从而使集电极电流iC随基极电流iB的增大而增大的速度减小。说称晶体管工作于饱和地说，在饱和受外电路的限制。由电路可得出iC的最大值为ICM= VCC/ RC，晶体管进入饱和。 三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细） 原理图如上所示，其中； Vi=0.7v时，开关断开，即三极管截至，使Vb0.5v，R1=2k. R2=1.2k 即可满足要求。R4是为了保证不加输入信号时三极管截止。 Vi=4.3v时，开关导通，即三极管饱和，使Vc约等于0，Ic*RL=5,Ib=Ic/β=Vi/10(R1+R2)，为了带动继电器，这里选取Rc=1k. 高电平饱和NPN管选取2N5551，β约为180；低电平饱和PNP管选取2N5401，β约为190.电阻选取类似。 以下是有效输入控制电压Vin≤0.7V或Vin≥4.3V方波时，在Multisim输出波形图和波特图。 高电平饱和导通开关电路特性曲线 低电平饱和导通开关仿真结果类似。 四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析） 经实验测的： 不加输出负载时，最大开关频率达到20kHz； 将继电器接在RL两端，当输出信号为1Hz时，其输出可以控制继电器的通断； 输入电压为低电平0.7V，高电平4.3V的方波，输出电压为低电平0V， 高电平5V的方波。满足实验要求。 五、实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题） 已解决的问题: 1：利用三极管的饱和及截至来达到开关效果。 2：利用multisim仿真来确定实验参数。 3：理论计算后，考虑实际现有的元件进行选择。 未解决的问题： 1：如何确定参数使电路有较好的高频特性？ 2：multisim软件仿真上的幅频特性与焊接的实际板子不符，特别是高频特性。 注意： 实验报告正文内容需达到3页以上； 可以添加加附录； 实验报告应加强对实验过程的说明。 1