三极管开关电路使用经验图文分享-KIA MOS管
三极管的使用经验
今天分享一下使用三极管的一些经验以及一些常见的误区,可以减少在电路设计的过程中一些不必要的麻烦。
下面来看几个三极管做开关的常用电路画法,几个例子都是蜂鸣器作为被驱动器件。
图一的a电路用的是NPN管,注意蜂鸣器接在三极管的集电极,驱动信号可以是常见的3.3V或者5VTTL ,高电平开通,电阻按照经验法可以取4.7K。
例如a电路,开通时假设为高电平5V ,基极电流Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA ,可以使三极管完全饱和。b电路用的是PNP管,同样把蜂鸣器接在三极管的集电极,同的是驱动信号是5V的TTL电平。
以上这两个都可以正常工作,只要PWM驱动信号工作在合适的频率,蜂鸣器(有源)都会发出最大的声音。
图二的这两个电路相比图一来说,最大的区别在于被驱动器件接在三极管的发射极。同样看c电路,开通时假设为高电平5V ,基极电流Ib=(5V-0.7V-UL)/4.7K ,其中UL为被驱动器件上的压降。
可以看到,同样取基极电阻为4.7K ,流过的基极电流会比图一a电路的要小,小多少要看UL是多少。如果UL比较大,那么相应的Ib就小,很有可能导致三极管无法工作在饱和状态，使得被驱动器件无法动作。
有人会说把基极电阻减小就可以了呀,可是被驱动器件的压降是很难获知的,有些被驱动器件的压降是变动的,这样一来基极电阻就较难选择合适的值,阻值选择太大就会驱动失败,选择太小,损耗又变大。
所以,在非不得已的情况下,不建议选用图二的这两种电路。
再来看图三这两个电路。驱动信号为3.3VTTL电平,而被驱动器件开通电压需要5V。在3.3V的MCU电路中,不小心的话很容易就设计出这两种电路,而这两种电路都是错误的。
先分析e电路,这是典型的“发射极正偏,集电极反偏”的放大电路,或者叫射极输出器。当PWM信号为3.3V时,三极管发射极电压为3.3V-0.7V = 2.6V ,无法达到期望的5V。
图三f电路也是一个很失败的电路,首先这个电路开通是没有问题的,当驱动信号为低电平时,被驱动器件可以正常动作。
然而这个电路是无法关断的,当驱动信号PWM为3.3V高电平的时候,Ube = 5V - 3.3V = 1.7V仍然可以使三极管开通,于是无法关断。在这里,有人可能会说用过这个电路,没有问题啊,而且MCU的电压也是3.3V。
你用的肯定是OD (开漏)驱动方式，而且是真正的OD或者是5V容忍的OD，比如STM32的很多I0口都可以设置为5V容忍的OD驱动方式(但是有些是不行的)。
当驱动信号为OD门驱动方式时,输出高电平,信号就变成了高阻态,流过基极的电流为零,三极管可以有效关断,这个时候f电路依然有效。
综合以上几种电路的情况分析,得到图四这两种认为是最优的驱动电路,与图一不同的是，图四在基极与发射极之间多加了一个100K的电阻,这个电阻也是有一定作用的,可以让三极管有一个已知的默认状态。
当输入信号去除的时候,三极管还处于关断状态。在安全和稳定的方面考虑,多加的这个电阻还是很有必要的,或者说可以让三极管工作在更好的开关状态。
三极管作为开关器件,虽然驱动电路很简单,要使电路工作更加稳定可靠,还是不能掉以轻心。为了不容易出错,建议是优先采用图四的电路,尽量不采用图二的电路,避免使用图三的工作状况。
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