1、1武汉理工大学开放性实验报告（A 类）项目名称：三极管开关电路设计实验室名称：创新实验室学生姓名：1创新实验项目报告书实验名称 三极管开关电路设计 日期 2015.12.07姓名 专业 通信工程一、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 Vin0.7V 或 Vin4.3V；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） (不超过 1页 )开关电路是一种计数接通断开晶体管的集电极-发射极间的电流作为开关使用的电路。对硅三极管而言，其基
2、极与射极之间正向偏压值约为 0.7V，因此欲使三极管截止，V in必须低于 0.7V，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IC
3、=Vcc / RLD因此，基极电流最少应为：I B(饱和)=I C(sat) / = V cc / (*R LD)1. 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 Vin4.3V,所以输入采用高电平和低电平分别为 5V和 0V的脉冲波。2.Rc的设置电路中的输出在集电极输出，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 60-70，要使继电器达到工作电压（3.5V），那么 Rc应该设在 30。所
4、以电路中的 Rc设在30。同时还要考虑到 Rc的功率的问题，三极管导通时，2PcM=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 150 的普通电阻并联得到 30 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。3.三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，实验室的S8050完全符合要求。4.偏置电阻 R1和 R2的设置由上面给出的公式可知 Ib=Vin/R1Ic/，8050 的 值在 80到 250之间，
5、当 取最小值 80的时候，Ib=2mA。保险估计，取 R1=1k,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=1k。5.低电平饱和导通的设置低电平饱和导通与高电平饱和导通有一个类似于“镜像”的关系，其三极管为 PNP型。由于 Multisim原件库中没有所发 PNP三极管模型，根据其特性以S8550代替之。在三极管特性差不多的情况下，其他参数可参考高电平饱和导通电路，在此不作赘述。三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步
6、骤） （尽可能详细）1.实验原理图NPN:PNP:32.在仿真软件上进行仿真电平饱和导通电路的带负载（输入频率 1Hz）高电平饱和导通电路的不带负载（输入频率 10kHz）3.按照电路原理图焊接电路板。4.对电路板进行调试，并进行改进。4四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析）下表为 NPN（高电平导通的）的输出电压和频率的关系表（输入脉冲波幅值 5V（低电平为 0V）电压信号）f(Hz) 500 1k 2k 5k 10kVo 高 （V） 4.92 4.94 4.93 4.94 4.93Vo 低（mV）0 0 -80 -80 -80下表为 PNP（低电平导通的）的输出电压和频率的关系表（输入
7、脉冲波幅值 5V（低电平为 0V）电压信号）f(Hz) 500 1k 2k 5k 10kVo 高 （V） 4.58 4.58 4.57 4.60 4.62Vo 低（mV）-40 -40 -40 -40 -40同时在带上继电器负载的时候，在 1Hz 的输入电压的驱动下，继电器有响声。五、实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）1.已解决的问题（1）完成了对开关电路的认识、设计和使用；（2）基本满足了实验要求；（3）电路的焊接结构清晰，走线美观；（4）了解了继电器的基本使用方法。2. 未解决的问题对 PNP的三极管应用不熟练。注意：1、 实验报告正文内容需达到 3 页以上；2、 可以添加加附录；3、 实验报告应加强对实验过程的说明。
