８．５．１ 继电器驱动电路
图８．２２ 是用晶体管驱动继电器的电路。继电器是磁性机械开关元件，是用逻辑信号开关各种信号时使用的元件。
照片８．１１示出各种继电器。由继电器的大小决定能够开关的信号的大小。图８．２２的电路就是把图８．５电路中的负载电阻置换为继电器的开关电路。这个电路必须注意的是在继电器线圈上并联有二极管。
当开关的负载为电动机或者继电器等电感性负载时，在截断流过负载的电流时（晶体管进入截止状态时）会产生反电动势（楞茨定则）。这时产生的电压非常大。当这种电压超过晶体管的集电极基极间、集电极发射极间电压的最大额定值VCBO、VCEO时，晶体管将会被击穿。因此实际上如图８．２２所示，给负载（线圈）并联接续二极管（注意如果二极管的方向与图示方向相反，后果将很严重！）。这样一来，由于开关截止时产生的反电动势，当集电极的电位变为电源电压（图８．２２中为＋１２Ｖ）＋０．６Ｖ（二极管的正向电压降）时，二极管处于导通状态，使反电动势闭合（也可以认为集电极电位被箍位在电源电压＋０．６Ｖ）。也就是说，由于集电极的电位不高于电源电压＋０．６Ｖ， 所以能够防止晶体管被击穿。这个晶体管叫做续流二极管或者闭合二极管。
照片８．１２是图８．２２的电路中没有接续流二极管时的集电极波形（控制信号是１５０Ｈｚ、０Ｖ／＋５Ｖ的方波）。继电器线圈产生的反电动势电压达到了１４０Ｖ！大大超过２ＳＣ２４５８的最大额定值VCBO＝VCEO＝５０Ｖ。在这种状态下，开关晶体管难免会被击穿。
照片８．１３是接续了续流二极管时（参见图８．２２）的集电极波形，这个续流二极管采用硅二极管１ＳＳ１７６（最大反向电压是３５，最大正向电流是３００ｍＡ，东芝）。可以看出由于续流二极管使反电动势闭合，所以没有产生高于电源电压的电压（照片中看不清楚，实际上继电器断开时的瞬间电压是电源电压＋０．６Ｖ）。
８．５．２ＬＥＤ显示器动态驱动电路（发射极接地）
图８．２３是７段ＬＥＤ发光二极管驱动电路。这种７段ＬＥＤ在用数字显示数字电路的ＢＣＤ输出时应用得很多，是一种很常见的电路。
照片８．１４是一例７段ＬＥＤ。
在ＬＥＤ显示器的场合，如果位数（ＬＥＤ的器件数）多，那么将有很多静态电流流过ＬＥＤ，消耗许多功率。因此经常采用一位一位依次点灯的动态点灯方式。动态点灯时在某一位点灯期间其他各位都处于熄灯状态（通常只有一位处于点灯状态），所以能够降低功耗。图８．２３的电路是由上方采用ＰＮＰ晶体管的开路集电极电路与下方采用ＮＰＮ晶体管达林顿连接的开路集电极电路以及中间夹入的ＬＥＤ构成的电路。上方是与段（器件）相对应的开关，下面是与数字（位）相对应的开关。只有当上下两方都处于导通状态时ＬＥＤ才会有电流流过而发光。下方的位开关中会流过７个段的电流，因此采用达林顿连接以保证能够吸收大电流。
图８．２４是图８．２３电路的控制信号的工作波形。通过ＤＧ０～ＤＧ２数字信号依次为＋５Ｖ，对位进行扫描。这时，ａ～
的段信号控制输入信号电平（０Ｖ：发光，＋５Ｖ：熄灯），使得发光的位显示为文字。一个位发光的时间一般是几百微秒至几毫秒。通常这种动态驱动电路的驱动（形成图８．２４那样的周期）是利用微处理器进行。如果是一般的ＬＥＤ（不是高辉度灯泡）静态发光，流过ＬＥＤ的电流有几毫安至几十毫安就足够了。动态点灯时由于熄灯的时间较长，流过静态发光场合电流的２～３倍就能够获得足够的辉度。
图８．２３的电路中，每段ＬＥＤ各流过３０ｍＡ电流。流过ＬＥＤ的电流由串联到各段的限流电阻R1～ R7决定。
首先，由于２ＳＡ１０４８置于导通状态时的饱和电压VCE（sat）非常小（０．１Ｖ以下），可以忽略不计。所以，从电源电压减去７段ＬＥＤ的电压降２Ｖ（显示用ＬＥＤ 的正向电压降与流过的电流不怎么有关，为２Ｖ）以及达林顿连接的集电极发射极间电压０．６Ｖ值余下的就是加在R1～ R7上的电压。为了使流过ＬＥＤ的电流为３０ｍＡ，取R1～ R7＝８２Ω（＝（５Ｖ－２Ｖ－０．６Ｖ）／３０ｍＡ）。
图８．２３的电路采用了７段ＬＥＤ有共同阴极的共阴极型ＬＥＤ。如果是采用共阳极型ＬＥＤ，其电路如图８．２５所示，段一侧的开关电路要与数字型开关电路调换。
８．５．３ＬＥＤ显示器动态驱动电路（射极跟随器）
图８．２６与图８．２３相同也是７段ＬＥＤ的动态驱动电路。数字一侧的驱动电路是达林顿连接的发射极接地型开关。段驱动电路采用ＮＰＮ晶体管射极跟随器型开关。这个电路与前面的图８．２３比较，由于采用射极跟随器型开关，所以没有必要给基极插入限流电阻，从而减少了电路的元件数目。流过段的电流也与图８．２３的电路相同，设定为３０ｍＡ。由于射极跟随器型开关晶体管的ＣＥ是０．６Ｖ（图８．２３的发射极接地型开关中VCE（sat）在０．１Ｖ以下，可以忽略），所以R1～ R7的值小了（R1～ R7＝（５Ｖ－２Ｖ－０．６Ｖ－０．６Ｖ）／３０ｍＡ≈６２Ω）。
８．５．４光耦合器的传输电路
如图８．２７所示，光耦合器是由ＬＥＤ（发光二极管）与光敏二极管（接收光并将光转换为电流的二极管）以及晶体管组合起来的放大／开关器件（也有用光敏晶体管（利用光进行接通／断开的晶体管）替代光敏二极管和晶体管的器件）。
光耦合器是通过电流流过ＬＥＤ使之发光，再用光敏二极管接收这个光并转换为基极电流使晶体管工作的器件。它可以成为晶体管开关电路的一部分。在这里简单作以介绍。
由于晶体管的基极电流是由光转换提供的，所以光耦合器的最大特点是ＬＥＤ部分与晶体管部分能够实现电学分离。这样一来，在发光的ＬＥＤ与受光的晶体管之间不论存在多么大的电位差都能够实现信号的交接。因此光耦合器应用于电位差不同的电路间的信号交接、数字电路与模拟电路的ＧＮＤ———地的分离等场合。
表征光耦合器的重要特性是电流转移比ＣＴＲ（也叫做转移效率）。ＣＴＲ是流过输入端ＬＥＤ的电流IF与相应的输出端晶体管的集电极电流IC之比IF／IC，用“％”表示。一般的光耦合器中ＣＴＲ的值为百分之几至百分之几百。ＣＴＲ相当于是光耦合器的hFE，所以在电路设计中必须充分予以考虑。
图８．２８是使用高速光耦合器６Ｎ１３６（ＨＰ）的ＣＭＯＳ数字电路间的连接电路。由于数字电路中间用光耦合器连接，所以可以把电路间的ＧＮＤ线分离，从而截断ＧＮＤ线的电位差和噪声。
电路的设计首先求光耦合器集电极电阻RC的值。光耦合器的集电极中，即使晶体管处于截止状态仍然有
量级的暗电流流动。所以如果RC值不是小到某种程度的话，就会降低晶体管在截止状态的输出电压。这里设定RC＝４．７ｋΩ，所以Ｃ≈１ｍＡ。
其次是确定流过ＬＥＤ的电流IF。这需要在考虑ＣＴＲ后才能求得。６Ｎ１３６的ＣＴＲ是２０％（根据数据表，所以可以设定IF＝５ｍＡ（≈１ｍＡ／２０％）。由于ＣＴＲ随温度和使用时间的变化较大，所以通常留有２至数十倍的余量。图８．２８的电路中，留有３倍的余量，设定IF＝１５ｍＡ。
ＬＥＤ的正向电压降VF是１．５Ｖ（根据数据表），所以RL＝２２０Ω（约为（５Ｖ－１．５Ｖ）／１５ｍＡ）（假定ＣＭＯＳ倒相器的输出电压是０Ｖ）。由于流过ＬＥＤ的电流大（１５ｍＡ），所以可以并联接续ＣＭＯＳ倒相器，以提高负载的驱动能力。
图８．２８的电路中是用ＣＭＯＳ倒相器驱动ＬＥＤ的阴极，所以当输入处于Ｈ电平时，光耦合器的晶体管处于导通状态，输出Ｈ电平。希望反逻辑时，如图８．２９所示可以用ＣＭＯＳ倒相器驱动ＬＥＤ的阳极（这样一来，当输入为Ｈ电平时，光耦合器的晶体管处于截止状态
，所以输出Ｌ电平）。
图８．３０比较特殊，是一例将光耦合器用于恒压电源的过电流检出的电路。这个电路用串联插入的３Ω 电阻RF检出恒压电源的输出电流，
通过它上面的电压降使光耦合器ＰＣ８１２（夏普）的ＬＥＤ发光，从而获得检出信号。图８．３０中的电路常数是当电源的输出电流为５００ｍＡ时过电流检出输出为Ｌ电平。但是，由于光耦合器的ＣＴＲ随温度和使用时间的变化大，所以输出电流的检出值不能够准确地设定
为５００ｍＡ（即使通过调整RF正确地设定了输出电流，由于环境温度的变化或者长期使用的原因也会使ＣＴＲ变化，从而偏离设定值 ）。
