晶體管電橋的制作方法
【專利摘要】晶體管電橋，屬于電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】。在小功率的電容源應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)高頻振蕩器對(duì)無(wú)驅(qū)動(dòng)電路的三極管實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)A點(diǎn)電壓超過(guò)B點(diǎn)電壓值大于Q4導(dǎo)通電壓時(shí)，R2流過(guò)的觸發(fā)電流使Q2、Q4組成的正反饋結(jié)構(gòu)飽和導(dǎo)通，B點(diǎn)由Q2驅(qū)動(dòng)，Q3、Q1組成的正反饋結(jié)構(gòu)因Q3的發(fā)射結(jié)負(fù)壓截止；當(dāng)A點(diǎn)電壓小于B點(diǎn)電壓值大于Q3導(dǎo)通電壓時(shí)，R1流過(guò)的觸發(fā)電流使Q3、Q1組成的正反饋結(jié)構(gòu)飽和導(dǎo)通，B點(diǎn)由Q1驅(qū)動(dòng)，Q4、Q2組成的正反饋結(jié)構(gòu)因Q4的發(fā)射結(jié)負(fù)壓截止?？蓱?yīng)用于反相器、高壓方波振蕩器、高頻方波振蕩器、驅(qū)動(dòng)輸出等。
【專利說(shuō)明】晶體管電橋
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在無(wú)源驅(qū)動(dòng)電路中，需要一種方波振蕩電路，能穩(wěn)定的振蕩同時(shí)又具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，推動(dòng)電荷泵正常工作，以方便從MOSFET的漏極或晶體三極管的集電極獲得足夠的驅(qū)動(dòng)電流電壓，完成無(wú)源驅(qū)動(dòng)要求。目前獲得方波的方法有以比較器振蕩、門(mén)電路振蕩、單片機(jī)給出等，這些方式對(duì)無(wú)源驅(qū)動(dòng)電路都太復(fù)雜。對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)說(shuō)，振蕩電路越復(fù)雜會(huì)造成整個(gè)無(wú)源驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，使無(wú)源驅(qū)動(dòng)電路缺乏適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]如附圖1。它是由4只三極管和3個(gè)電阻組成的晶體管觸發(fā)式電橋(簡(jiǎn)稱晶體管電橋)。A點(diǎn)是電橋的輸入端，B點(diǎn)是電橋的輸出端。設(shè)Rl = R2，則B點(diǎn)電壓為Ui的一半。在A、B兩點(diǎn)，Q3、Q4的基極-射極以反向電流方式并聯(lián)在一起，當(dāng)電橋的A點(diǎn)與B點(diǎn)的壓差超過(guò)一個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通電壓時(shí)，就會(huì)有一個(gè)導(dǎo)通，并且只會(huì)有一只導(dǎo)通，因?yàn)樗鼈兊膶?dǎo)通電流是反向的。比如輸入端Pi接GND電壓時(shí)，A點(diǎn)低于B點(diǎn)電壓，Q3導(dǎo)通，Q4的基極-射極電壓就是Q3的導(dǎo)通電壓，但是一個(gè)負(fù)壓，這個(gè)負(fù)壓確保Q4的可靠截止且不會(huì)被反向擊穿。Q3有一個(gè)基極-射極導(dǎo)通電流，引起Q3集電極-射極導(dǎo)通電流，Q3集電極電流流經(jīng)Ql基極-射極，使Ql導(dǎo)通，Ql就會(huì)有射極-集電極電流，由于Q2是不導(dǎo)通的，Ql的集電極電流就會(huì)流過(guò)Q3的基極-射極，形成Q3的基極-射極電流的疊加，這樣就形成了正反饋路徑，直到Ql、Q3都飽和，正反饋結(jié)束。觸發(fā)電阻Rl被Ql短路，B點(diǎn)被Ql接在了 Ui上，使輸出直接由Ql驅(qū)動(dòng)。如果Pi接在了 Ui上，Q3由于射極電流減小使集電極電流減小，使Ql基極電流減小，Q3、Ql的正反饋結(jié)構(gòu)又使它們迅速翻轉(zhuǎn)到截止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)由于Ql的截止，使B點(diǎn)恢復(fù)到由電阻R1、R2決定的電壓即Ui電壓的一半。由于Pi接在Ui上，A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓，使Q4、Q2組成的正反饋翻轉(zhuǎn)到飽和，電阻R2被Q2短路，B點(diǎn)被Q2接在了 GND上，輸出由Q2驅(qū)動(dòng)。
[0004]在B點(diǎn)翻轉(zhuǎn)到Ui或GND電壓的過(guò)程中，不會(huì)有Ui到GND短路的情況。因?yàn)槿魏螘r(shí)候都只會(huì)有Ql、Q3或Q2、Q4中的一組導(dǎo)通，或者兩組都不導(dǎo)通。當(dāng)A點(diǎn)與B點(diǎn)的壓差不足一個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通電壓時(shí)，Q3、Q4均不會(huì)導(dǎo)通，則Q1、Q2也不會(huì)導(dǎo)通。Po與Pi是反相的，電阻Ri只提供Ql或Q3最小基極飽和電流，電阻Rl、R2只提供Q3、Q4的基極觸發(fā)電流。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1:晶體管電橋電路結(jié)構(gòu)圖
[0006]圖2:由晶體管電橋構(gòu)成的互補(bǔ)輸出振蕩器
[0007]圖3:晶體管電橋作為驅(qū)動(dòng)MOSFET的驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)
[0008]圖4:由晶體管電橋構(gòu)成的晶體三極管的無(wú)源驅(qū)動(dòng)電路【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例一:構(gòu)成相位差180°輸出的互補(bǔ)方波振蕩電路。
[0010]如圖2。它由振蕩器和反相器兩部分構(gòu)成。R、C決定振蕩器的振蕩頻率，Q1、Q3構(gòu)成的正反饋通過(guò)R對(duì)C充電，Q2、Q4構(gòu)成的正反饋使C通過(guò)R放電。觸發(fā)電流電阻Rl =R2、R4 = R5，R3提供Q5、Q6最小基極飽和電流，振蕩電阻R的值由振蕩頻率決定。設(shè)Ube為晶體管基極-射極導(dǎo)通電壓。
[0011]上電時(shí)，Ub= Ui/2，Ud = Ui/2，U。= 0V。所以此時(shí)的 P+= P+= Ui/2。由于電阻 R 中沒(méi)有電流，Ua = U。，則Ub > Ua，只要滿足Ub-Ua Ube，則Q3中就會(huì)有基極-射極電流，Q1、Q3形成正反饋飽和導(dǎo)通，Ui通過(guò)Q1、Q3、R給C充電，充電電流維持Ql、Q3飽和導(dǎo)通。同時(shí)Q4的基極-射極得到一個(gè)正向的Ube’ Q4、Q2截止，正向的Ube維持Q4、Q2截止。P+由于Ql的飽和P+ = Ui。在反相器中，由于Ud = Ui/2,而Ub = Ui,則反相器的Ud < Ue,滿足Ud-Ue ( -Ube,則Q8中就會(huì)有基極-射極電流，Q6、Q8飽和導(dǎo)通，同時(shí)Q7的基極-射極得到一個(gè)負(fù)向的Ube’ Q5、Q7截止。P由于Q6的飽和P = 0V。
[0012]當(dāng)電容C的充電電流不能維持Ql、Q3的飽和導(dǎo)通時(shí)，Ql、Q3截止，Ub逐漸恢復(fù)到由Rl、R2決定的分壓值，由于電容C的電壓U。= U1-Ube,當(dāng)Ub-Ua ( -Ube時(shí)，Q4中就會(huì)有基極-射極電流，Q4、Q2飽和導(dǎo)通，電容C通過(guò)R的放電電流維持Q4、Q2的飽和，Q3的基極-射極得到一個(gè)負(fù)向的UBE，Q3、Ql截止，負(fù)向Ube維持Q3、Ql截止。P+由于Q2的飽和P+ = 0V。在反相器中，由于Ub = 0V，滿足Ud-Ue≥Ube，則Q7中就會(huì)有基極-射極電流，Q5、Q7飽和導(dǎo)通，同時(shí)Q8的基極-射極得到一個(gè)正向的Ube’ Q8、Q6截止。P由于Q5的飽和P = Ui0此后重復(fù)上述過(guò)程，完成振蕩。
[0013]由上可見(jiàn)，當(dāng)P.= Ui時(shí)，P = OV ;當(dāng)P.= OV時(shí)，P = Ui,這兩個(gè)電橋完成了一對(duì)相位差180°的互補(bǔ)方波電壓輸出。同時(shí)，它們的輸出端P+和P—均是由一只晶體管的集電極驅(qū)動(dòng)的，配合輸出管完成振蕩的Q3、Q4、Q7、Q8只從相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)管Q1、Q2、Q5、Q6攝取基極電流。所以Q1、Q2、Q5、Q6 是具有一定的驅(qū)動(dòng)能力的。
[0014]實(shí)施例二:用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)。
[0015]由于晶體管電橋本身的結(jié)構(gòu):它輸出高、低電平有自鎖功能；保持電平時(shí)具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)的能力；高-低及低-高翻轉(zhuǎn)時(shí)均有正反饋；且翻轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)有驅(qū)動(dòng)電源的短路現(xiàn)象。這些特征決定其適合于驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)、構(gòu)成高頻振蕩器、高頻驅(qū)動(dòng)電路、聞壓振蕩電路等。
[0016]圖3是一個(gè)晶體管電橋驅(qū)動(dòng)N_M0SFET的連接圖。在圖中，從Pi輸入控制脈沖，輸出Po接在MOSFET的柵極G上，MOSFET的S極接在GND上。這里的驅(qū)動(dòng)是反相驅(qū)動(dòng):當(dāng)Pi輸入為高時(shí)，Po輸出為低；Pi輸入為低時(shí)，Po輸出為高。UD是驅(qū)動(dòng)級(jí)的供電電源，U-M是MOSFET控制的回路信號(hào)。Pi所提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電流在低電平時(shí)要滿足Ql的最小基極飽和電流，在高電平時(shí)要滿足Q2的最小基極飽和電流，就能對(duì)MOSFET形成可靠的驅(qū)動(dòng)。
[0017]實(shí)施例三:用晶體管電橋構(gòu)成三極管的無(wú)源驅(qū)動(dòng)電路。
[0018]如圖4。它是一個(gè)NPN三極管的驅(qū)動(dòng)電路，由A、B、C三個(gè)部分組成:A部分是驅(qū)動(dòng)電路電源和控制信號(hào)輸入部分為驅(qū)動(dòng)電流和負(fù)壓的加載提供正反饋；C部分為負(fù)壓電容C2提供充放電路徑。下面分別敘述它們的工作過(guò)程。[0019]A部分。電源部分由Q1、D3、C1、D4構(gòu)成；控制信號(hào)加載由R1、R2、D2完成。當(dāng)Vs-Ve為短路電壓時(shí)，Vc通過(guò)R2、Vs、Ve形成Ql的射極-基極導(dǎo)通電流，Ql導(dǎo)通給電容Cl充電同時(shí)提供電源Uc的電流。當(dāng)輸入信號(hào)端Vs-Ve為開(kāi)路電壓時(shí)，限流電阻R2沒(méi)有電流，Ql截止，控制電源Uc-Ve由電容Cl提供電流。D4限制Cl電壓過(guò)高:當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的三極管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)，Ql已經(jīng)開(kāi)通，這時(shí)的Vc-Ve并沒(méi)有完全降低到開(kāi)通壓降，所以需要給電容Cl限制最高電壓。當(dāng)被驅(qū)動(dòng)三極管完全開(kāi)通時(shí)，Vc-Ve電壓會(huì)低于Uc-Ve電壓，為防止Ql集電極-基極有反向電流通過(guò)，設(shè)置了二極管D3。Rl為縮短Ql的關(guān)閉時(shí)間而設(shè)，Dl為防止Vc-Ve有負(fù)壓而設(shè)。
[0020]Vs-Ve為短路電壓時(shí)，二極管D2使B部分的驅(qū)動(dòng)電橋中的輸入電阻R4失去電流。Vs-Ve為開(kāi)路電壓時(shí)，在被驅(qū)動(dòng)三極管的Vc-Ve電壓還沒(méi)完全恢復(fù)到開(kāi)路電壓時(shí)，Uc至Vc是有電流流過(guò)的。因電阻R2、Rl的作用使Uc通過(guò)D2加載到Vc的電流很小，使R4恢復(fù)由R3提供電流，從而使電橋翻轉(zhuǎn)，完成控制信號(hào)Vs-Ve開(kāi)路電壓加載到驅(qū)動(dòng)電橋。當(dāng)Vc-Ve恢復(fù)開(kāi)路電壓時(shí)，因Uc-Ve低于Vc-Ve，D2反壓截止。
[0021]B部分。Vs-Ve開(kāi)路時(shí)，觸發(fā)電流路徑:Uc、R3、j點(diǎn)、R4、f點(diǎn)、Q4的射極-基極、g點(diǎn)、R6，這個(gè)電流使Q4導(dǎo)通，Q4、Q6組成的正反饋結(jié)構(gòu)飽和，g點(diǎn)為Ve的電壓。Vs-Ve短路時(shí)，D2使流過(guò)R4的電流通過(guò)Vs-Ve直接到Ve，觸發(fā)電流路徑:Uc、R5、g點(diǎn)、Q3的基極-射極、f點(diǎn)、R4、j點(diǎn)、D2、Vs、Ve，這個(gè)電流使Q3導(dǎo)通，Q2、Q3組成的正反饋結(jié)構(gòu)飽和，g點(diǎn)為Vc的電壓。因?yàn)轵?qū)動(dòng)電流三極管Q6與B部分的驅(qū)動(dòng)電橋中的三極管Q2的基極-射極是并聯(lián)的，所以Q6的集電極電流與Q2的集電極電流具有相同的性質(zhì)。電阻R6是在Q6的關(guān)閉期間為其發(fā)射結(jié)提供漏電流通路，以免Q6的集電極漏電流影響負(fù)壓的加載。穩(wěn)壓管D5為限制負(fù)壓電容C2充電電壓過(guò)高而設(shè)。
[0022]C部分。由R7、R8、Q7、Q8構(gòu)成。當(dāng)Q6同步于Q2飽和時(shí)，R8使Q8飽和導(dǎo)通，負(fù)壓電容C2通過(guò)Vc、Q2、C2、Q8、Ve充得Vc-Ve的電壓，這里Q8提供了 C2的充電路徑。當(dāng)Q6同步于Q2截止時(shí)Q8截止，同時(shí)Q4、Q5是飽和導(dǎo)通的。電容C2通過(guò)Q5、R7、Q7的基極-射極放電使Q7導(dǎo)通，將Vb接在了 C2的負(fù)極，使C2通過(guò)Q5、Q7將其電壓加載到Ve-Vb形成Vb-Ve的負(fù)壓。這里Q7提供了 C2的放電路徑。
[0023]工作原理。
[0024]Vs-Ve短路時(shí):Q1導(dǎo)通給Cl充電同時(shí)為Uc提供電流；D2導(dǎo)通使Q2、Q3飽和同時(shí)Q4、Q5截止。Q6并聯(lián)在Q2，所以Q6飽和為Vb提供驅(qū)動(dòng)電流，這個(gè)電流是從Vc拾取的。電容C2通過(guò)Q2和Q8最高充得D5的電壓值(D5的限壓值不能高于Vc-Ve的最高導(dǎo)通壓降，防止Q2有集電極-基極反向電流)。
[0025]Vs-Ve開(kāi)路時(shí):Q1截止，Uc由Cl提供電流；Q4、Q5飽和同時(shí)Q2、Q3截止。Q6同步Q2截止。負(fù)壓半橋中Q7飽和同時(shí)Q8截止。C2通過(guò)Q7、Q5形成對(duì)Vb-Ve的負(fù)壓。
[0026]當(dāng)Cl的初始化完成后，在每個(gè)控制脈沖的關(guān)閉期間，Cl都要為晶體管電橋提供電流，維持電橋的狀態(tài)，以保持負(fù)壓電容C2對(duì)Vb-Ve提供負(fù)壓的路徑中內(nèi)阻最小，加速被驅(qū)動(dòng)三極管的關(guān)閉，當(dāng)關(guān)閉后這個(gè)小內(nèi)阻的路徑可以確保被驅(qū)動(dòng)三極管的漏電流最小，以避免電容源的效率降低。所以當(dāng)初始化完成后，Cl為整個(gè)電路提供正常維持電流的時(shí)間應(yīng)該大于Vs-Ve最大的開(kāi)路時(shí)間(即控制脈沖的最大關(guān)閉時(shí)間)，避免頻繁的初始化造成控制脈沖與輸出脈沖的不同步。[0027]這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路將Q2、Q6的發(fā)射極接在了被驅(qū)動(dòng)三極管的集電極(Vc)，使整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路有四只晶體管的漏電流:D1、Q1、Q2、Q6。在升壓矩陣的應(yīng)用中，存在晶體三極管的集電極-發(fā)射極有負(fù)壓的情況，所以Dl是必須有的；晶體管電橋要保持狀態(tài)必須提供一定的電流維持其中一對(duì)正反饋飽和，所以Ql是必須有的；因?yàn)橐峁┴?fù)壓，所以必須使用兩只三極管——一只完成負(fù)壓充電，一只完成驅(qū)動(dòng)電流的提供。功率型晶體三極管的基極電流往往都超過(guò)1A，無(wú)法用普通的電容完成這個(gè)電流儲(chǔ)備。并且由于Cl是并聯(lián)在被驅(qū)動(dòng)三極管的集電極-發(fā)射極的，當(dāng)Q2、Q6接在Uc時(shí)，會(huì)造成被驅(qū)動(dòng)三極管的損耗較大:因?yàn)榻oVb提供電流的路徑經(jīng)過(guò)了 Ql、Q6兩只晶體管。
【權(quán)利要求】
1. 一種由四只晶體三極管和三只電阻構(gòu)成的電橋電路，其特征為:前述電橋有正極(Ui)供電端、負(fù)極(GND)供電端、輸入端(Pi)、輸出端(Po)共四個(gè)端；與正極(Ui)供電端連接的有一個(gè)正反饋結(jié)構(gòu)(Ql和Q3)和一只電阻(Rl);與負(fù)極(GND)供電端連接的有一個(gè)正反饋結(jié)構(gòu)(Q2和Q4)和一只電阻(R2);正極(Ui)供電端連接的正反饋結(jié)構(gòu)(Ql和Q3)和負(fù)極(GND)供電端連接的正反饋結(jié)構(gòu)(Q2和Q4)連接成兩個(gè)點(diǎn)(A點(diǎn)和B點(diǎn))；一個(gè)點(diǎn)(A點(diǎn))通過(guò)輸入電阻(Ri)連接到輸入端，另一個(gè)點(diǎn)(B點(diǎn))連接到輸出端(Po)。權(quán)利要求中所述的“與正極(Ui)供電端連接的有一個(gè)正反饋結(jié)構(gòu)(Ql和Q3)和一只電阻(R1)”的連接方法是:晶體管一(Ql)是PNP型晶體管，晶體管三(Q3)是NPN型晶體管，且晶體管一(Ql)的發(fā)射極連接在正極(Ui)供電端，晶體管一(Ql)的集電極連接在晶體管三(Q3)的基極，晶體管一(Ql)的基極連接在晶體管三(Q3)的集電極；前述電阻(Rl)的一端連接在晶體管一(Ql)的發(fā)射極，另一端連接在晶體管一(Ql)的集電極。
2.權(quán)利要求中所述的“與負(fù)極(GND)供電端連接的有一個(gè)正反饋結(jié)構(gòu)(Q2和Q4)和一只電阻(R2)”的連接方法是:晶體管二(Q2)是NPN型晶體管，晶體管四(Q4)是PNP型晶體管，且晶體管二(Q2)的發(fā)射極連接在負(fù)極(GND)供電端，晶體管二(Q2)的集電極連接在晶體管四(Q4)的基極，晶體管二(Q2)的基極連接在晶體管四(Q4)的集電極；前述電阻的一端連接在晶體管二(Q2)的發(fā)射極，另一端連接在晶體管二(Q2)的集電極。
3.權(quán)利要求中所述的“正極(Ui)供電端連接的正反饋結(jié)構(gòu)(Ql和Q3)和負(fù)極(GND)供電端連接的正反饋結(jié)構(gòu)(Q2和Q4)連接成兩個(gè)點(diǎn)(A點(diǎn)和B點(diǎn))”的連接方法是:晶體管三(Q3)的發(fā)射極與晶體管四(Q4)的發(fā)射極連接在一起稱為一個(gè)點(diǎn)(AA);晶體管三(Q3)的基極與晶體管四(Q4)的基極連接在一起稱為另一個(gè)點(diǎn)(B點(diǎn))。
4.權(quán)利要求中所述的“一個(gè)點(diǎn)(AA)通過(guò)輸入電阻(Ri)連接到輸入端，另一個(gè)點(diǎn)(B點(diǎn))連接到輸出端(Po)”的連接方法是:輸入電阻(Ri)的一端連接在輸入端(Pi)，輸入電阻(Ri)的另一端連接在電橋的一個(gè)點(diǎn)(八點(diǎn))；電橋的另一個(gè)點(diǎn)(B點(diǎn))直接連接在輸出端(Po)。
【文檔編號(hào)】H03K3/02GK103441748SQ201310379556
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月21日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:馬東林