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在《三極管設計邏輯取反電路（一）》的文檔中，基于三極管的特性，將邏輯取反電路的參數(shù)進行了詳細的計算，并給出了電阻取值的理由，但選型中沒有對非常重要的一個器件——三極管進行分析。下面一起看看對于“邏輯取反”電路和常見的開關電源里面的“開關電路”使用的三極管在選型方面有哪些需要注意的地方。

01. 邏輯取反電路

在邏輯取反電路中，控制信號幅值為5V，低壓小信號，如果此時電源VCC電壓的幅值較大，是高壓信號。此時的電阻R5為阻性負載，Uce的波形如下：

當開關S0閉合時，三級管Q3飽和導通，根據(jù)電路理論：Uce+Ur=VCC，由于此時Q3的導通，壓降幾乎為0，則此時Uce=0；

當開關S0斷開時，三級管Q3截止，根據(jù)電路理論:Uce+Ur=VCC，由于此時Q3未導通，電路中沒有電流，則Ur=0V，此時的Uce=VCC。

因此Uce的波形如上圖2波形所示。在幅值上Uce比5V大，在相位上和控制信號相反。電路既能實現(xiàn)邏輯取反，也能實現(xiàn)電平轉換，同時還是小信號控制大信號理念的體現(xiàn)。

在《三極管設計邏輯取反電路（一）》中針對三級管開通和關斷的時間，進行了電阻的調(diào)整，但是未對三極管集電極承受的電壓進行計算。從Uce的波形上可以看出，如果三極管要能正常的開通和關斷，在集電極承受的電壓最小為0V，最大為VCC。

考慮到安全裕量，開關管的耐壓值Uce=(1.2~1.5)xVCC

舉例：根據(jù)2N3904數(shù)據(jù)手冊，三極管的VCE最大為40V。如果將該型號的三極管用在電路中，VCC的電壓不能超過40/1.5=28V，即在VCC電壓為30V以下的電路都是比較安全的。

02. 開關電源的開關電路

在邏輯取反電路中，集電極和VCC之間接的R5為阻性負載，如果將阻性負載改為感性負載——電感（變壓器）。這種電路在隔離式開關電源的拓撲中會經(jīng)常看到，如下圖的反激式拓撲所示。

為了方便分析，將隔離式開關電源的中的開關電路部分進行單獨分析，如下圖5所示。

如果測試2N3904的Uce之間的波形，在示波器上經(jīng)常會看到下面的波形，即在方波上還有一個振蕩的波形。

如果用示波器測量Uce波形幅值，會發(fā)現(xiàn)振蕩波形的中心電壓為VCC，而波形的最大值遠大于VCC，幾乎是VCC的2倍。

下面分析一下上述波形的形成的原因。

當開關S0閉合時，此時三極管飽和導通，Uce的電壓基本上為0，不需要做深入的分析。從示波器的波形也可以看出，Uce為低電平時，波形非常干凈。

當開關S0斷開時，此時三極管截止，由于在電路開通階段，電感中有電流流過，電感儲存了一部分能量， 現(xiàn)在開關S0突然關斷即三極管也關斷。由電感的特性可知，此時電感必然會感應出一個電動勢來阻礙電流的減小，產(chǎn)生的感應電動勢方向為圖示中紅色的方向，即下正下負。

此時有VCC+UL=Uce，即在三極管截止關斷的一瞬間，Uce的電壓從VCC瞬間突變到的非常高，如下圖8中的M點。

M點的出現(xiàn)是因為三極管的關斷，能量和電流一樣不能突變，電感中儲存的能量會因為沒有釋放通路，產(chǎn)生尖峰電壓即dv/dt比較大。同時，由于生產(chǎn)工藝的原因，在繞制的電感線圈之間存在分布電容，這部分能量會對分布電容充電，對電容充電的過程，Uce會慢慢下降，電容充滿以后反過來對電感充電，該過程會一直持續(xù)幾個周期。

考慮到電感自身電阻以及線路的銅耗，電壓會不斷降低，振蕩的過程為阻尼振蕩，也稱為振鈴現(xiàn)象。當電感中的電流為0以后，能量釋放完畢，此時的Uce被電源鉗位在VCC電壓。

一般在電路中只要出現(xiàn)振蕩，那必不可少的兩個元器件L，C。根據(jù)電感自身的特性，將電感線圈繞組間的分布電容等效為一個電容，且它和電感L進行并聯(lián)。等效電路如下圖10所示。

• 在三級管關斷時，此時電感的感生電勢電壓方向為下正上負，對電容充電，電容下正上負。

• 電容充滿以后，又對電感放電，此時電容的電壓方向還是下正上負，電感為了阻礙電容的充電，感生電勢的電壓下正上負。

• 電容的電放完以后，電感為了維持被充電的狀態(tài)，產(chǎn)生感生電勢的方向變?yōu)樯险仑?，繼續(xù)對電容反向充電。

• 電容充滿以后，又對電感放電，此時電容的電壓方向還是上正下負，電感為了阻礙電容的充電，感生電勢的電壓上正下負。

上面充電、放電的循環(huán)往復，加上電路的線阻，就形成了上述振鈴的現(xiàn)象。

分析完上面波形產(chǎn)生的原理，顯然三極管集電極的耐壓和邏輯取反電路的耐壓值選取原則不一樣。

考慮到三極管的安全性和裕量，耐壓值至少為2倍的VCC，即Uce=（2~2.5）xVCC

舉例：如果VCC是AC220整流后的電壓，即為310V，按照上面給出的選項原則，選一個耐壓值為800V左右的三極管即可。問題來了，如果選擇一個耐壓值為1500V的三極管，不是更安全嗎？

根據(jù)圖3的2N3904的數(shù)據(jù)手冊可知，Uce的耐壓值為40V，下圖是2N2904三極管Uce的飽和壓降值為0.2V。

再看看三極管HM13002的數(shù)據(jù)手冊，Uce耐壓值為800V，而此時Uce飽和壓降為0.8V。

從上面的數(shù)據(jù)可以看出，如果選擇開關管耐壓值越高，飽和壓降會越大。飽和壓降越大，三極管在開通的時候雖然能夠承受更高的電壓，但由P=U*I可知，此時三極管的功耗增加，三極管會發(fā)熱嚴重！

因此，在開關電源的開關管（BJT、MOS）選型中，并不是耐壓值越大越好，需要綜合考慮。

通過利用三極管設計“邏輯取反電路”和“開關電路”可以發(fā)現(xiàn)，在實際電路中，對某一個器件的選擇，并不是只要參數(shù)滿足它就可以使用，往往要結合多方面進行折中考慮。

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