晶体管电桥的制作方法
【专利摘要】晶体管电桥，属于电子电路【技术领域】。在小功率的电容源应用中，实现高频振荡器对无驱动电路的三极管实现驱动。当A点电压超过B点电压值大于Q4导通电压时，R2流过的触发电流使Q2、Q4组成的正反馈结构饱和导通，B点由Q2驱动，Q3、Q1组成的正反馈结构因Q3的发射结负压截止；当A点电压小于B点电压值大于Q3导通电压时，R1流过的触发电流使Q3、Q1组成的正反馈结构饱和导通，B点由Q1驱动，Q4、Q2组成的正反馈结构因Q4的发射结负压截止。可应用于反相器、高压方波振荡器、高频方波振荡器、驱动输出等。
【专利说明】晶体管电桥
【技术领域】
[0001]本发明属于电子电路【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在无源驱动电路中，需要一种方波振荡电路，能稳定的振荡同时又具有一定的驱动能力，推动电荷泵正常工作，以方便从MOSFET的漏极或晶体三极管的集电极获得足够的驱动电流电压，完成无源驱动要求。目前获得方波的方法有以比较器振荡、门电路振荡、单片机给出等，这些方式对无源驱动电路都太复杂。对一个简单的驱动电路来说，振荡电路越复杂会造成整个无源驱动电路复杂，使无源驱动电路缺乏适用性。
【发明内容】
[0003]如附图1。它是由4只三极管和3个电阻组成的晶体管触发式电桥(简称晶体管电桥)。A点是电桥的输入端，B点是电桥的输出端。设Rl = R2，则B点电压为Ui的一半。在A、B两点，Q3、Q4的基极-射极以反向电流方式并联在一起，当电桥的A点与B点的压差超过一个PN结导通电压时，就会有一个导通，并且只会有一只导通，因为它们的导通电流是反向的。比如输入端Pi接GND电压时，A点低于B点电压，Q3导通，Q4的基极-射极电压就是Q3的导通电压，但是一个负压，这个负压确保Q4的可靠截止且不会被反向击穿。Q3有一个基极-射极导通电流，引起Q3集电极-射极导通电流，Q3集电极电流流经Ql基极-射极，使Ql导通，Ql就会有射极-集电极电流，由于Q2是不导通的，Ql的集电极电流就会流过Q3的基极-射极，形成Q3的基极-射极电流的叠加，这样就形成了正反馈路径，直到Ql、Q3都饱和，正反馈结束。触发电阻Rl被Ql短路，B点被Ql接在了 Ui上，使输出直接由Ql驱动。如果Pi接在了 Ui上，Q3由于射极电流减小使集电极电流减小，使Ql基极电流减小，Q3、Ql的正反馈结构又使它们迅速翻转到截止状态，同时由于Ql的截止，使B点恢复到由电阻R1、R2决定的电压即Ui电压的一半。由于Pi接在Ui上，A点电压高于B点电压，使Q4、Q2组成的正反馈翻转到饱和，电阻R2被Q2短路，B点被Q2接在了 GND上，输出由Q2驱动。
[0004]在B点翻转到Ui或GND电压的过程中，不会有Ui到GND短路的情况。因为任何时候都只会有Ql、Q3或Q2、Q4中的一组导通，或者两组都不导通。当A点与B点的压差不足一个PN结导通电压时，Q3、Q4均不会导通，则Q1、Q2也不会导通。Po与Pi是反相的，电阻Ri只提供Ql或Q3最小基极饱和电流，电阻Rl、R2只提供Q3、Q4的基极触发电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1:晶体管电桥电路结构图
[0006]图2:由晶体管电桥构成的互补输出振荡器
[0007]图3:晶体管电桥作为驱动MOSFET的驱动输出级
[0008]图4:由晶体管电桥构成的晶体三极管的无源驱动电路【具体实施方式】
[0009]实施例一:构成相位差180°输出的互补方波振荡电路。
[0010]如图2。它由振荡器和反相器两部分构成。R、C决定振荡器的振荡频率，Q1、Q3构成的正反馈通过R对C充电，Q2、Q4构成的正反馈使C通过R放电。触发电流电阻Rl =R2、R4 = R5，R3提供Q5、Q6最小基极饱和电流，振荡电阻R的值由振荡频率决定。设Ube为晶体管基极-射极导通电压。
[0011]上电时，Ub= Ui/2，Ud = Ui/2，U。= 0V。所以此时的 P+= P+= Ui/2。由于电阻 R 中没有电流，Ua = U。，则Ub > Ua，只要满足Ub-Ua Ube，则Q3中就会有基极-射极电流，Q1、Q3形成正反馈饱和导通，Ui通过Q1、Q3、R给C充电，充电电流维持Ql、Q3饱和导通。同时Q4的基极-射极得到一个正向的Ube’ Q4、Q2截止，正向的Ube维持Q4、Q2截止。P+由于Ql的饱和P+ = Ui。在反相器中，由于Ud = Ui/2,而Ub = Ui,则反相器的Ud < Ue,满足Ud-Ue ( -Ube,则Q8中就会有基极-射极电流，Q6、Q8饱和导通，同时Q7的基极-射极得到一个负向的Ube’ Q5、Q7截止。P由于Q6的饱和P = 0V。
[0012]当电容C的充电电流不能维持Ql、Q3的饱和导通时，Ql、Q3截止，Ub逐渐恢复到由Rl、R2决定的分压值，由于电容C的电压U。= U1-Ube,当Ub-Ua ( -Ube时，Q4中就会有基极-射极电流，Q4、Q2饱和导通，电容C通过R的放电电流维持Q4、Q2的饱和，Q3的基极-射极得到一个负向的UBE，Q3、Ql截止，负向Ube维持Q3、Ql截止。P+由于Q2的饱和P+ = 0V。在反相器中，由于Ub = 0V，满足Ud-Ue≥Ube，则Q7中就会有基极-射极电流，Q5、Q7饱和导通，同时Q8的基极-射极得到一个正向的Ube’ Q8、Q6截止。P由于Q5的饱和P = Ui0此后重复上述过程，完成振荡。
[0013]由上可见，当P.= Ui时，P = OV ;当P.= OV时，P = Ui,这两个电桥完成了一对相位差180°的互补方波电压输出。同时，它们的输出端P+和P—均是由一只晶体管的集电极驱动的，配合输出管完成振荡的Q3、Q4、Q7、Q8只从相应的驱动管Q1、Q2、Q5、Q6摄取基极电流。所以Q1、Q2、Q5、Q6 是具有一定的驱动能力的。
[0014]实施例二:用于驱动开关管的驱动电路的输出级。
[0015]由于晶体管电桥本身的结构:它输出高、低电平有自锁功能；保持电平时具有较强的电流驱动的能力；高-低及低-高翻转时均有正反馈；且翻转过程中不会有驱动电源的短路现象。这些特征决定其适合于驱动电路的输出级、构成高频振荡器、高频驱动电路、闻压振荡电路等。
[0016]图3是一个晶体管电桥驱动N_M0SFET的连接图。在图中，从Pi输入控制脉冲，输出Po接在MOSFET的栅极G上，MOSFET的S极接在GND上。这里的驱动是反相驱动:当Pi输入为高时，Po输出为低；Pi输入为低时，Po输出为高。UD是驱动级的供电电源，U-M是MOSFET控制的回路信号。Pi所提供的驱动信号的电流在低电平时要满足Ql的最小基极饱和电流，在高电平时要满足Q2的最小基极饱和电流，就能对MOSFET形成可靠的驱动。
[0017]实施例三:用晶体管电桥构成三极管的无源驱动电路。
[0018]如图4。它是一个NPN三极管的驱动电路，由A、B、C三个部分组成:A部分是驱动电路电源和控制信号输入部分为驱动电流和负压的加载提供正反馈；C部分为负压电容C2提供充放电路径。下面分别叙述它们的工作过程。[0019]A部分。电源部分由Q1、D3、C1、D4构成；控制信号加载由R1、R2、D2完成。当Vs-Ve为短路电压时，Vc通过R2、Vs、Ve形成Ql的射极-基极导通电流，Ql导通给电容Cl充电同时提供电源Uc的电流。当输入信号端Vs-Ve为开路电压时，限流电阻R2没有电流，Ql截止，控制电源Uc-Ve由电容Cl提供电流。D4限制Cl电压过高:当被驱动的三极管开始导通时，Ql已经开通，这时的Vc-Ve并没有完全降低到开通压降，所以需要给电容Cl限制最高电压。当被驱动三极管完全开通时，Vc-Ve电压会低于Uc-Ve电压，为防止Ql集电极-基极有反向电流通过，设置了二极管D3。Rl为缩短Ql的关闭时间而设，Dl为防止Vc-Ve有负压而设。
[0020]Vs-Ve为短路电压时，二极管D2使B部分的驱动电桥中的输入电阻R4失去电流。Vs-Ve为开路电压时，在被驱动三极管的Vc-Ve电压还没完全恢复到开路电压时，Uc至Vc是有电流流过的。因电阻R2、Rl的作用使Uc通过D2加载到Vc的电流很小，使R4恢复由R3提供电流，从而使电桥翻转，完成控制信号Vs-Ve开路电压加载到驱动电桥。当Vc-Ve恢复开路电压时，因Uc-Ve低于Vc-Ve，D2反压截止。
[0021]B部分。Vs-Ve开路时，触发电流路径:Uc、R3、j点、R4、f点、Q4的射极-基极、g点、R6，这个电流使Q4导通，Q4、Q6组成的正反馈结构饱和，g点为Ve的电压。Vs-Ve短路时，D2使流过R4的电流通过Vs-Ve直接到Ve，触发电流路径:Uc、R5、g点、Q3的基极-射极、f点、R4、j点、D2、Vs、Ve，这个电流使Q3导通，Q2、Q3组成的正反馈结构饱和，g点为Vc的电压。因为驱动电流三极管Q6与B部分的驱动电桥中的三极管Q2的基极-射极是并联的，所以Q6的集电极电流与Q2的集电极电流具有相同的性质。电阻R6是在Q6的关闭期间为其发射结提供漏电流通路，以免Q6的集电极漏电流影响负压的加载。稳压管D5为限制负压电容C2充电电压过高而设。
[0022]C部分。由R7、R8、Q7、Q8构成。当Q6同步于Q2饱和时，R8使Q8饱和导通，负压电容C2通过Vc、Q2、C2、Q8、Ve充得Vc-Ve的电压，这里Q8提供了 C2的充电路径。当Q6同步于Q2截止时Q8截止，同时Q4、Q5是饱和导通的。电容C2通过Q5、R7、Q7的基极-射极放电使Q7导通，将Vb接在了 C2的负极，使C2通过Q5、Q7将其电压加载到Ve-Vb形成Vb-Ve的负压。这里Q7提供了 C2的放电路径。
[0023]工作原理。
[0024]Vs-Ve短路时:Q1导通给Cl充电同时为Uc提供电流；D2导通使Q2、Q3饱和同时Q4、Q5截止。Q6并联在Q2，所以Q6饱和为Vb提供驱动电流，这个电流是从Vc拾取的。电容C2通过Q2和Q8最高充得D5的电压值(D5的限压值不能高于Vc-Ve的最高导通压降，防止Q2有集电极-基极反向电流)。
[0025]Vs-Ve开路时:Q1截止，Uc由Cl提供电流；Q4、Q5饱和同时Q2、Q3截止。Q6同步Q2截止。负压半桥中Q7饱和同时Q8截止。C2通过Q7、Q5形成对Vb-Ve的负压。
[0026]当Cl的初始化完成后，在每个控制脉冲的关闭期间，Cl都要为晶体管电桥提供电流，维持电桥的状态，以保持负压电容C2对Vb-Ve提供负压的路径中内阻最小，加速被驱动三极管的关闭，当关闭后这个小内阻的路径可以确保被驱动三极管的漏电流最小，以避免电容源的效率降低。所以当初始化完成后，Cl为整个电路提供正常维持电流的时间应该大于Vs-Ve最大的开路时间(即控制脉冲的最大关闭时间)，避免频繁的初始化造成控制脉冲与输出脉冲的不同步。[0027]这个驱动电路将Q2、Q6的发射极接在了被驱动三极管的集电极(Vc)，使整个驱动电路有四只晶体管的漏电流:D1、Q1、Q2、Q6。在升压矩阵的应用中，存在晶体三极管的集电极-发射极有负压的情况，所以Dl是必须有的；晶体管电桥要保持状态必须提供一定的电流维持其中一对正反馈饱和，所以Ql是必须有的；因为要提供负压，所以必须使用两只三极管——一只完成负压充电，一只完成驱动电流的提供。功率型晶体三极管的基极电流往往都超过1A，无法用普通的电容完成这个电流储备。并且由于Cl是并联在被驱动三极管的集电极-发射极的，当Q2、Q6接在Uc时，会造成被驱动三极管的损耗较大:因为给Vb提供电流的路径经过了 Ql、Q6两只晶体管。
【权利要求】
1. 一种由四只晶体三极管和三只电阻构成的电桥电路，其特征为:前述电桥有正极(Ui)供电端、负极(GND)供电端、输入端(Pi)、输出端(Po)共四个端；与正极(Ui)供电端连接的有一个正反馈结构(Ql和Q3)和一只电阻(Rl);与负极(GND)供电端连接的有一个正反馈结构(Q2和Q4)和一只电阻(R2);正极(Ui)供电端连接的正反馈结构(Ql和Q3)和负极(GND)供电端连接的正反馈结构(Q2和Q4)连接成两个点(A点和B点)；一个点(A点)通过输入电阻(Ri)连接到输入端，另一个点(B点)连接到输出端(Po)。权利要求中所述的“与正极(Ui)供电端连接的有一个正反馈结构(Ql和Q3)和一只电阻(R1)”的连接方法是:晶体管一(Ql)是PNP型晶体管，晶体管三(Q3)是NPN型晶体管，且晶体管一(Ql)的发射极连接在正极(Ui)供电端，晶体管一(Ql)的集电极连接在晶体管三(Q3)的基极，晶体管一(Ql)的基极连接在晶体管三(Q3)的集电极；前述电阻(Rl)的一端连接在晶体管一(Ql)的发射极，另一端连接在晶体管一(Ql)的集电极。
2.权利要求中所述的“与负极(GND)供电端连接的有一个正反馈结构(Q2和Q4)和一只电阻(R2)”的连接方法是:晶体管二(Q2)是NPN型晶体管，晶体管四(Q4)是PNP型晶体管，且晶体管二(Q2)的发射极连接在负极(GND)供电端，晶体管二(Q2)的集电极连接在晶体管四(Q4)的基极，晶体管二(Q2)的基极连接在晶体管四(Q4)的集电极；前述电阻的一端连接在晶体管二(Q2)的发射极，另一端连接在晶体管二(Q2)的集电极。
3.权利要求中所述的“正极(Ui)供电端连接的正反馈结构(Ql和Q3)和负极(GND)供电端连接的正反馈结构(Q2和Q4)连接成两个点(A点和B点)”的连接方法是:晶体管三(Q3)的发射极与晶体管四(Q4)的发射极连接在一起称为一个点(AA);晶体管三(Q3)的基极与晶体管四(Q4)的基极连接在一起称为另一个点(B点)。
4.权利要求中所述的“一个点(AA)通过输入电阻(Ri)连接到输入端，另一个点(B点)连接到输出端(Po)”的连接方法是:输入电阻(Ri)的一端连接在输入端(Pi)，输入电阻(Ri)的另一端连接在电桥的一个点(八点)；电桥的另一个点(B点)直接连接在输出端(Po)。
【文档编号】H03K3/02GK103441748SQ201310379556
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年7月21日
【发明者】不公告发明人 申请人:马东林