三极管的开关应用知识

三极管的开关特性我们都明白了。在分析多谐振荡器电路（图1）时，两个三极管VT1、VT2的电路是对称的，合上电源开关S，电源VCC同时通过Rb1、Rb2向VT1、VT2提供基极电流，两个管子同时导通并达到饱和，怎么能够产生振荡呢？

从电路图（图1）上看，VT1、VT2两个三极管开关电路是对称的，可是必须提醒大家记住，对称总是相对的，不对称是绝对的。两只管子在导电性能不可避免地会存在着微小的差异。假设VT1管导通优先于VT2管，也就是Ib1上升得比Ib2稍快一些，这时Ic1也就上升得稍快一些，相应地Uc1下降得也会快一些，这个变化量通过电容器C1的耦合，使VT2管的基极电位Ub2下降，Ib2、Ic2下降，引起Uc2上升，这一变化量又通过电容器C2加到VT1管的基极，使VT2管的基极电流Ib1进一步增大，形成一边倒的倾向，这样的连锁反应叫做正反馈。正反馈过程如同雪崩一样，进行得极为迅速，几乎在瞬间，使VT1管进入饱和状态，VT2进入截止状态。这就是说，VT1管相当于接通的开关，所以红色发光二极管VD1点燃；VT2管相当于断开的开关，所以绿色发光二极管VD2熄灭。这时，VT1管集电极输出低电平，VT2管集电极输出高电平。值得注意的是，这种状态不是稳定的，只能称作暂稳态。这主要是因为电路中接入了储能元件——电容器。电容器的充电和放电，引起了电路状态的交替转换。现在哪个同学来分析一下电容器的充电过程。

先画一个VT1管饱和、VT2管截止的等效电路（图7）。从图上可以看到，电源VCC通过Rb2向电容器C1充电，在C1上的充电电压是左负右正。

是的。需要注意，电容器C1的充电过程是需要经历一定的时间的，Rb2、C1越大，充电时间越长，暂稳态维持的时间也越长。在充电过程中，VT2管的基极电位Ub2在逐渐升高，当Ub2上升到VT2管的导通电压Ube2≈0.5V时，VT2由截止变为导通，这时Ib2在逐渐增大，Ic2随之增大，Uc2则逐渐下降，通过C2的耦合，使Ub1也逐渐下降……，出现了正反馈的连锁反应，几乎在瞬间，使VT2管饱和、VT1管截止，电路进入第二个暂稳状态。

同学：再画出等效电路（图8）就更清楚了。这时候，电源VCC又通过Rb1向C2充电，使Ub1逐渐上升，最后导致VT1管饱和、VT2管截止，电源VCC再一次通过Rb1向C2充电……。这样周而复始地进行下去，电路就产生了振荡。

老师：分析得很好。多谐振荡器接通电源以后，就能自己振荡起来，它没有稳定状态，所以又叫它无稳态电路。由于两只三极管不停地在饱和与截止两种状态下交替转换，集电极输出端U01、U02就交替地在低电平和高电平之间周期性地变换，产生了连续的矩形脉冲。所以，多谐振荡器在数字电路中常常作为脉冲信号源。多谐振荡器的应用是灵活的和多种多样的。请同学们再来看这张电路图（图9），利用它可以制作一个眼睛会不断改变颜色的小猫。电路中用了两只双色发光二极管，它们随着多谐振荡器的振荡，交替地发出红光和绿光。现在谁来分析一下发光二极管是怎么改变颜色的？

同学：这两个双色发光二极管是并联跨接在多谐振荡器两个三极管的集电极输出端之间。VT1管饱和时，VT2管截止，U01为低电平，U02为高电平，两个双色发光二极管中的红色发光二极管正向偏置而导通，管子发红光；电路转换成VT1管截止、VT2管饱和时，U01变为高电平，Uc2变为低电平，两个双色发光二极管发绿光。

老师：是这样。同学们已经开始学习和运用脉冲数字电路的分析方法。为了帮助大家熟悉三极管的开关应用，再来一起分析一个磁控开关电路（图10）。这个电路用来控制三极管完成开关动作的元件是干簧管（也叫磁簧开关）。在没有磁铁靠近干簧管时，干簧管的接点是断开的，VT1管没有基极电流，处于截止状态，红色发光二极管VD1不亮，VT1的集电极为高电位，经电阻分压耦合，使VT2饱和，绿色发光二极管VD2点燃。当有磁铁靠近干簧管时，干簧管内部的簧片接点被磁化而吸合，接通了VT1管的基极回路，电源VCC通过R1向VT1管注入足够大的基极电流，使VT1管饱和，红色发光二极管VD1点燃。VT1饱和后，集电极输出低电位，经电阻分压耦合，使VT2管截止，绿色发光二极管VD2熄灭。这种形式的开关电路又称为施密特电路。

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