開關三極管的使用誤區,千萬別小瞧它
發布時間:2014-07-14 責任編輯:sherryyu
【導讀】在數字電路設計的中,通常會遇到三極管,在使用的過程中,如果電路設計不當,三極管無法工作在正常的開關zhuangtai,jiudabudaoyuqidemude,youshijiushiyinweizhexiexiaoxiaodecuowuerdaozhizhongxindaban,daozhilangfei。yiweigongchengshifenxianglezijishiyongsanjiguandeyixiejingyanyijiyixiechangjiandewuqugeidajia,zaidianlushejideguochengzhongkeyijianshaoyixiebubiyaodemafan。
在數字電路設計的中,往往需要把數字信號經過開關擴流器件來驅動一些蜂鳴器、LED、繼(ji)電(dian)器(qi)等(deng)需(xu)要(yao)較(jiao)大(da)電(dian)流(liu)的(de)器(qi)件(jian),用(yong)得(de)最(zui)多(duo)的(de)開(kai)關(guan)擴(kuo)流(liu)器(qi)件(jian)要(yao)數(shu)三(san)極(ji)管(guan)。然(ran)而(er)在(zai)使(shi)用(yong)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong),如(ru)果(guo)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)不(bu)當(dang),三(san)極(ji)管(guan)無(wu)法(fa)工(gong)作(zuo)在(zai)正(zheng)常(chang)的(de)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai),就(jiu)達(da)不(bu)到(dao)預(yu)期(qi)的(de)目(mu)的(de),有(you)時(shi)就(jiu)是(shi)因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)小(xiao)小(xiao)的(de)錯(cuo)誤(wu)而(er)導(dao)致(zhi)重(zhong)新(xin)打(da)板(ban),導(dao)致(zhi)浪(lang)費(fei)。本(ben)人(ren)在(zai)這(zhe)個(ge)方(fang)麵(mian)就(jiu)吃(chi)過(guo)虧(kui),所(suo)以(yi)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)。
下麵來看幾個三極管做開關的常用電路畫法。幾個例子都是蜂鳴器作為被驅動器件。

圖 一的a 電路用的是NPN管,注意蜂鳴器接在三極管的集電極,驅動信號可以是常見的3.3V或者5VTTL,高電平開通,電阻按照經驗法可以取4.7K。 例如a電路,開通時假設為高電平5V,基極電流Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA,可以使三極管完全飽和。b 電路用的是PNP管,同樣把 蜂鳴器接在三極管的集電極,不同的是驅動信號是5V的TTL電平。以上這兩個都可以正常工作,隻要PWM驅動信號工作在合適的頻率,蜂鳴器(有源)都會發 出最大的聲音。

圖 二的這兩個電路相比圖一來說,最大的區別在於被驅動器件接在三極管的發射極。同樣看c電路,開通時假設為高電平5V,基極電流Ib=(5V-0.7V- UL)/4.7K,其中UL為被驅動器件上的壓降。可以看到,同樣取基極電阻為4.7K,流過的基極電流會比圖一a電路的要小,小多少要看UL是多少。如 果UL比較大,那麼相應的Ib就小,很有可能導致三極管無法工作在飽和狀態,使得被驅動器件無法動作。有人會說把基極電阻減小就可以了呀,可是被驅動器件 的(de)壓(ya)降(jiang)是(shi)很(hen)難(nan)獲(huo)知(zhi)的(de),有(you)些(xie)被(bei)驅(qu)動(dong)器(qi)件(jian)的(de)壓(ya)降(jiang)是(shi)變(bian)動(dong)的(de),這(zhe)樣(yang)一(yi)來(lai)基(ji)極(ji)電(dian)阻(zu)就(jiu)較(jiao)難(nan)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)值(zhi),阻(zu)值(zhi)選(xuan)擇(ze)太(tai)大(da)就(jiu)會(hui)驅(qu)動(dong)失(shi)敗(bai),選(xuan)擇(ze)太(tai)小(xiao),損(sun)耗(hao)又(you)變(bian)大(da)。所(suo)以(yi),在(zai)非(fei) 不得已的情況下,不建議選用圖二的這兩種電路。
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我們再來看圖三這兩個電路。驅動信號為3.3VTTL電平,而被驅動器件開通電壓需要5V。在3.3V的MCU電路中,不小心的話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,三極管發射 極電壓為3.3V-0.7V = 2.6V,無法達到期望的5V。圖三f電路也是一個很失敗的電路,首先這個電路開通是沒有問題的,當驅動信號為低電平 時,被驅動器件可以正常動作。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仍然可 以使三極管開通,於是無法關斷。在這裏,有人會說用過這個電路,沒有問題啊,而且MCU的電壓也是3.3V。我說你用的肯定是OD(開漏)驅動方式,而且 是真正的OD或者是5V容忍的OD,比如STM32的很多IO口都可以設置為5V容忍的OD驅動方式(但是有些是不行的)。當驅動信號為OD門驅動方式 時,輸出高電平,信號就變成了高阻態,流過基極的電流為零,三極管可以有效關斷,這個時候f電路依然有效。

綜合以上幾種電路的情況分析,得到圖四這兩種個人認為是最優的驅動電路,與圖一不同的是,圖四在基極與發射極之間多加了一個100K的電阻,這個電阻也是有 一yi定ding作zuo用yong的de,可ke以yi讓rang三san極ji管guan有you一yi個ge已yi知zhi的de默mo認ren狀zhuang態tai。當dang輸shu入ru信xin號hao去qu除chu的de時shi候hou,三san極ji管guan還hai處chu於yu關guan斷duan狀zhuang態tai。在zai安an全quan和he穩wen定ding的de方fang麵mian考kao慮lv,多duo加jia的de這zhe個ge電dian阻zu還hai是shi很hen有you必bi要yao的de, 或者說可以讓三極管工作在更好的開關狀態。
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