开关电路设计

创新实验项目报告书实验名称开关电路设计日期2012年11月25日姓名专业电子科学与技术1101班一、实验目的（详细指明输入输出）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；二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）1、BJT的选型：设计中的BJT管选择较为常见的8050三极管。从网上查的资料可以得到8050一些参数。Powerdissipation(最大耗散功率):Pc=0.625W(T=25℃)Collectorcurrent(集电极最大电流)：ICM=0.5ADCcurrentgain(直流增益)：10到60倍Transitionfrequency(特征频率):fT=150MHzCollector-basevoltage(集电极--基极击穿电压):V(BR)CBO:40VCollector-emitterbreakdownvoltage(集电极--发射极击穿电压):V(BR)CEO：25V以上参数满足开关电路的设计要求，所以选择8050三极管设计开关电路。实验要求设计两种电路，一种采用8050，另一种采用85502、输入为高电平饱和导通的电路结构如下图一所示：8050NPN100Rc1MR2200R1GND5VinputoutputGND图一3.输入为低电平饱和导通的电路结构如下图二所示：100Rc1MR22.7KR1GND5Vinputoutput8550PNP图二4、元件参数的确定设定电路中的一些参数如下：电源电压Vcc=5V输入信号Vpp=5V的方波信号1.确定偏置电路电阻R1的确定：如果能使基极电流达到集电极电流的1/β倍，晶体管将处于导通状态。考虑到β的分散性或者基极电流受温度影响的因素（因为Vbe具有温度特性，所以基极电流也随温度变化），因使流过基极的电流稍大些。通常设为晶体管β的最低值计算得到的基极电流的1.5～2倍以上。8050的β最小为10，由于8050的耐流比较大，取集电极电流为20mA，所以去基极电流约为1-2mA，三极管导通时，基极点位Vd=0.6V，由于输入信号为Vpp=5V的方波，所以取电阻R1的阻值为2002、偏置电路电阻R2的确定：R2是输入端开路时确保晶体管处于截至状态的电阻。如果R2过大，将容易收到噪声的干扰，过小则在晶体管处于导通状态时会有无用电流流过R2，所以设定R2约为1M。3、电阻R3的确定：R3取较小的时候开关特性较好，所以选取R3约为100。4、当为发射极输出的时候，当输入高电平时，晶体管导通，Vo≈Vi-Vgs，输出为高电平，当输入为低电平时，三极管处于截至状态，此时Vo为0，输出低电平。。5、所以最终参数确定如下：1.从集电极输出：1.Vcc=5V2.R1=200K3.R2=1M所以集电极输出电路电路图如图三所示：8050NPN100Rc1MR2200R1GND5VinputoutputGND图三2.同理低电平饱和导通根据相同的方法可以计算得到，低电平饱和导通的参数最终确如下：1.Vcc=5V2.R1=2.7K3.R2=1M所以发射极输出电路电路图如图四所示：100Rc1MR22.7KR1GND5Vinputoutput8550PNP图四二．当用三极管驱动继电器的通断：实验原理：1.由于继电器的线圈本身有电阻，驱动继电器的时候需要的电压较大，一般为几十毫安，所以将继电器当成负载直接接在集电极，当输入高电平的时候有电流通过继电器线圈，吸合继电器，电路接通。当输入信号是低电平的时候，三极管截至，没有电流通过三极管，因而电路断开。用一个发光二极管指示继电器的断开与吸合。2.由于当开关的负载为电动机或者电感性负载的时候，在截断流过负载的电流时（晶体管进入截至状态的时候）会产生反电动势（楞次定则）。这时产生的电压非常高。当这种电压超过晶体管的集电极-基极间，集电极-发射极间电压的最大额定值时，晶体管将会被击穿，所以在在电路中在继电器线圈上并联一个二极管，防止晶体管被击穿。3.电路参数的确定由于继电器的线圈电阻约为70欧，上面的电路参数可以满足继电器电路的要求，由于输入有效信号vin4.3v,或者vin0.7v。驱动继电器的时候将继电器串联在三极管的发射极，上面设计的电路可以满足题目的要求。三、实验步骤1、分析实验要求，确定电路基本结构。2、通过计算确定电路参数。3、电路焊接。4、电路调试，记录实验数据，观察实验现象。5．实验分析。6.完成实验报告和总结。四、实验结果1.低电平饱和导通电路：当输入信号为高电平的时候，三极管导通，Vo输出为低电平，当输入信号为低电平的时候，三极管截至，此时输出Vo为高电平。当输入信号的频率为100KHZ的时候，输出信号的占空比在45%左右，此时电路的开关特性还比较好，三极管开关频率特性较好。2.高电平饱和导通电路：当输入为高电平的时候，三极管导通，此时输出为高电平，当输入为低电平的时候，三极管截至，此时输出为低电平。从发射极输出的开关电路的开关速度比从集电极输出快，所以当电路的输入信号频率高于200KHZ的时候，输出信号的占空比仍在45%左右，开关频率特性较好。3.驱动电磁继电器的电路：Vin0.7有效电路，当输入大于0.7V时，继电器不导通，当输入小雨0.7V时，继电器导通。Vin4.3V有效电路，当输入小于4.3V时，继电器不导通，当输入大于4.3V时，继电器吸合导通。所以开关电路满足题目的开关要求。五．问题总结1。由于不同的实际情况对开关电路的速度要求不同，所以在实际运用中应该根据实际情况来选择特定要求的开关电路，确定特定的开关速度。２.在实验前应该对电路的工作原理有一个充分的了解，并通过实验对理论知识进一步的理解，透彻的掌握和运用。３.实验的目的是消化理论，希望大家重视理论分析的同时，养成良好的应用习惯。如广泛查阅资料、合理安排进度、正确使用仪器、规范绘制图表、及时讨论问题等。！