容易忽略的電路細節——三極管驅動蜂鳴器
發布時間:2021-06-07 責任編輯:lina
【導讀】蜂鳴器是shi我wo們men在zai電dian路lu設she計ji中zhong使shi用yong的de常chang見jian的de一yi種zhong預yu警jing發fa聲sheng器qi件jian,我wo們men常chang使shi三san極ji管guan的de工gong作zuo於yu開kai關guan狀zhuang態tai來lai驅qu動dong它ta。然ran而er越yue簡jian單dan的de電dian路lu,很hen多duo人ren在zai設she計ji時shi往wang往wang越yue容rong易yi忽hu略lve細xi節jie,導dao致zhi實shi際ji電dian路lu中zhong蜂feng鳴ming器qi不bu發fa聲sheng、輕微發聲和亂發聲的情況發生。
fengmingqishiwomenzaidianlushejizhongshiyongdechangjiandeyizhongyujingfashengqijian,womenchangshisanjiguandegongzuoyukaiguanzhuangtailaiqudongta。raneryuejiandandedianlu,henduorenzaishejishiwangwangyuerongyihulvexijie,daozhishijidianluzhongfengmingqibufasheng、輕微發聲和亂發聲的情況發生。
我們在數字電路設計的中常常用三極管的開關特性把數字信號的“1”和“0”來轉化成實際電路中的“通”和“斷”,來驅動一些蜂鳴器、數碼管、繼電器等需要較大電流的器件。然而在使用的過程中,如果不在意細節,三極管就可能無法工作在正常的開關狀態。 終無法達到預期的效果,有時就是因為這些小小的錯誤而導致重新打板,導致浪費。
這zhe裏li小xiao編bian把ba自zi己ji使shi用yong三san極ji管guan的de一yi些xie經jing驗yan以yi及ji一yi些xie常chang見jian的de誤wu區qu給gei大da家jia分fen享xiang一yi下xia,在zai電dian路lu設she計ji的de過guo程cheng中zhong可ke以yi減jian少shao一yi些xie不bu必bi要yao的de麻ma煩fan。我wo們men來lai看kan幾ji個ge三san極ji管guan做zuo開kai關guan的de常chang用yong電dian路lu畫hua法fa。蜂feng鳴ming器qi我wo們men選xuan擇ze了le常chang用yong的de蜂feng鳴ming器qi。
今天,我們來討論一下增益帶寬積,下圖是運放內部晶體管的數學模型:

圖1
例:圖一中a電路中三極管我們選擇了2N3904三極管,2N3904是現在常用的NPN三極管。其耐壓值40V,Pcm=400mW,Icm=200mA,β=100-400。蜂鳴器LS1接在三極管的集電極,驅動信號取5V,電阻按照經驗可以取4.7K。假設三極管放大倍數為100,蜂鳴器的工作電流為20mA,即Ic=20mA。Ib=Ic/β=0.2 mA。當基極電流大於0.2 mA時,蜂鳴器均可正常發聲。a電路中的基極電流Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA,大於0.2 mA,可以使蜂鳴器正常發聲。b 電路用的是2N3906三極管,PNP型,同樣把蜂鳴器LS2接在三極管的集電極,驅動信號是5VTTL電平。由於2N3906其他參數和2N3904基本一致,因此計算過程不再贅述。以上這兩個電路圖都可以正常工作。

圖2
圖二的兩個電路和圖一相比,把蜂鳴器接在了三極管的發射極。在c電路,假設基極電壓為5V,基極電流Ib=(5V-0.7V- UL)/4.7K,其中UL為蜂鳴器上的壓降。如 果UL比較大,那麼相應的Ib就小,很有可能Ib<0.2mA,Ic<20mA,無法驅動蜂鳴器。有人認為把R3的阻值減小,Ib就可以變大,大於0.2 mAshi,fengmingqijiukeyizhengchanggongzuo。danshifengmingqideyajianghennanhuozhi,erqieyouxiefengmingqideyajiangkenengbiandong,zheyangyilaijijidianzuzuzhijiuhennanxuanze,zuzhixuanzetaidajiuhuiqudongshibai,xuanzetaixiao,sunhaoyoubianda。d電路也會出現同樣的問題,所以不建議選用圖二的這兩種電路。

圖3
圖三這兩個電路,電路的驅動信號為3.3VTTL電平,常出現在3.3V的MCU電路設計中,如果不注意就很容易就設計出這兩種電路,而這兩種電路都是錯誤的。
先分析e電路,這是典型的“發射極正偏,集電極反偏”的放大電路,或者叫射極輸出器。當PWM信號為3.3V時,Ib=(3.3V-0.7V- UL)/4.7K,會出現和圖2中c電路中一樣的情況。
f電路也是一個很失敗的電路,首先這個電路導通是沒有問題的,當驅動信號為0V時,蜂鳴器可以正常動作。然而這個電路是無法關斷的,當驅動信號PWM為3.3V高電平的時候,Ube=5V-3.3V=1.7V, Ube>0.7V,三極管仍可以導通,於是蜂鳴器會一直響。那這個問題有辦法解決嗎?有,如果你的MCU支持OD(開漏)驅動方式,可以在開漏輸出後用上拉電阻把電平拉到5V,這樣 Ube=5V-5V=0V, Ube<0.7v,三極管就可以正常的關斷了。
總結:
sanjiguanzuoweikaiguanqijian,suiranqudongdianluhenjiandan,yaoshidianlugongzuogengjiawendingkekao,haishibunengdiaoyiqingxin。weilebimianchucuo,gerenjianyishiyouxiancaiyongtuyidedianlu,jinliangbucaiyongtuerdedianlu,bimianshiyongtusandegongzuozhuangkuang。
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