芯耀
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在模擬電路設(shè)計中，三極管依然是基礎(chǔ)又強大的器件。通過簡單的搭建方式，我們不僅能實現(xiàn)信號的放大、邏輯轉(zhuǎn)換，還能附帶“濾波”功能。本文通過幾個經(jīng)典電路圖，詳細(xì)講解三極管的反向、同相邏輯轉(zhuǎn)換以及濾波特性，并通過N型、P型三極管組合對比分析，解答設(shè)計中的常見疑惑。
一、三極管反相電路：經(jīng)典的電平翻轉(zhuǎn)原理
在圖一所示的電路中，我們采用NPN型三極管構(gòu)建了一個開關(guān)電路：
當(dāng)Ib = 1mA?時三極管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，Vce ≈ 0.3V ≈ 0V；
設(shè)定R8=R9=2K，R7根據(jù)負(fù)載確定。
電平邏輯如下：
輸入高電平 → 三極管導(dǎo)通 → 輸出近似0V；
輸入低電平 → 三極管截止 → 輸出為+12V；
實現(xiàn)了輸入高電平 → 輸出低電平的反相邏輯。
二、如何實現(xiàn)輸入輸出同相？再加一級反相電路！
如圖二所示，通過兩級反相實現(xiàn)輸入輸出同相關(guān)系：
輸入高電平 → Q7導(dǎo)通 → Q6基極被鉗位 → Q6截止 → 輸出高電平；
輸入低電平 → Q7截止 → Q6導(dǎo)通 → 輸出低電平。
這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了?“負(fù)負(fù)得正”?的電平轉(zhuǎn)換效果，同時也具備了功率放大的能力。
三、為什么說反相電路具有濾波功能？
很多人疑惑：三極管不就是個開關(guān)嘛，怎么還能“濾波”？
如圖三所示，盡管輸入方波中可能帶有毛刺或高頻干擾，但輸出端的電平是由12V電源“驅(qū)動”的，而不是直接復(fù)制輸入信號。因此，三極管形成了一個電氣隔離層，這種間接輸出在某種程度上起到了濾波的作用。當(dāng)然，它無法替代專業(yè)濾波電路，但在邏輯電平轉(zhuǎn)換中，足以過濾輕微干擾。
四、使用P型三極管實現(xiàn)反向輸出
P型三極管是否也能實現(xiàn)上述功能？圖四展示了其實現(xiàn)方法：
輸入低電平 → Q12導(dǎo)通 → 輸出高電平（≈Vcc）；
輸入高電平 → Q12截止 → 輸出被R27拉到地 → 輸出低電平。
結(jié)論：P型三極管也可以實現(xiàn)反相輸出。
五、兩個P型三極管能不能實現(xiàn)同相輸出？
繼續(xù)探討，如圖五所示我們將兩個P型三極管相連：
輸入高電平 → Q16截止 → Q15截止 → 輸出低電平；
輸入低電平 → Q16導(dǎo)通 → Q15導(dǎo)通 → 輸出高電平。
這種組合?仍然是反相邏輯，并沒有像兩個NPN管組合那樣實現(xiàn)同相。
六、解決方案：N型 + P型管組合，輸出同相！
那有沒有既用P管又能實現(xiàn)輸入輸出同相的辦法？當(dāng)然有，請看圖六：
輸入高電平 → Q14導(dǎo)通 → A點≈0.3V → Q13導(dǎo)通 → 輸出高電平；
輸入低電平 → Q14截止 → A點≈+3V → Q13截止 → 輸出低電平。
該組合電路利用N管做輸入、P管做輸出，不僅實現(xiàn)了輸入輸出同相，而且更適合與單片機(jī)等3V信號系統(tǒng)配合，提高了電路的兼容性和穩(wěn)定性。
七、總結(jié)：設(shè)計電路要思路清晰、結(jié)構(gòu)合理
我們總結(jié)本文關(guān)鍵點：
三極管開關(guān)電路不僅實現(xiàn)了反相邏輯，也能通過兩級反相實現(xiàn)同相；
輸出端電壓由電源驅(qū)動，在邏輯隔離中具備一定濾波能力；
P管同樣適用于反相輸出，但要實現(xiàn)同相邏輯需與N管組合；
設(shè)計過程中注意信號源的兼容性及電壓匹配，提升電路可靠性。
一句話總結(jié)：“P管上接天，N管下接地”——經(jīng)典口訣，永不過時！
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