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三極管在直流電源中應用概述及使用誤區

文章來源:穩壓電源公司,時間:2017-08-29 09:34    點擊量:

    三極管在直流電源中應用概述及使用誤區無論在數字電路、還是模擬電路中,三極管的應用很普遍.概括的說, 在模擬電路中主要用于信號的放大,在數字電路中主要利用開關特性來控制、驅動別的器件. 這里主要講述在數字電路中的應用,三極管實物圖如圖 3-14 所示.

三極管在直流電源中應用概述及使用誤區
    三極管的應用主要借助三種狀態:放大、截止、飽和.關于放大的計算是很有學問,也是很復雜的,這里就不做說明了.便于讀者理解,可以分別將飽和、截止狀態看作是"開"、 "關"兩種狀態.那怎么是"開",又怎么是"關"呢.這由 b 極和 e 極電壓決定.對于 NPN 型的,只要 b 極電壓比 e 極電壓大 0.7V,則三極管就"開",否則就"關";對于 PNP 型的,只要 e 極電壓比 b 極電壓大 0.7V,則三極管就"開",否則就"關";最后總結一句話:看 箭頭,箭尾比箭頭大 0.7V 則"開",否則就"關".

    低電平三極管導通(5V 比 0V 大 0.7V 吧),高電平三極管截止(5V 比 5V 沒有大 0.7 是吧?).相反,若用 NPN 的三極管,b 極為高電平,則三極管導通;b 極為低電平則三極管截止.三極管的開關特性就說這么多,下面開始筆者 要講解的重頭戲,那就是與三極管捆綁在一起的這些電阻,看看這些電阻是隨便拉一個出來, 還是要靠計算的.

    首先說明一點,圖 3-16 是殘弈悟恩為了講解專門畫了這樣一個圖,沒有什么實際意義, 因為不可能驅動一個 LED 就需要這么復雜的電路.

    進入主題.圖 3-16 中為什么要用上(下)拉電阻? 答:上、下拉電阻的作用本身就是為電路提供一個穩定、可知的運行環境.如圖 3-16,如"電平"端懸空,此時三極管的導通、截止狀態也就不確定了,如果加了上、下拉電阻,則該端的電平就是一個已知邏輯值,這是緣由一.

    再看緣由二,假如沒有電阻 R02,且"電平"端用的不是 5V 單片機,而是用 3.3V 的單 片機來控制這個三極管,那么當"電平"端為高電平(3.3V)時,LED 小燈是亮還是滅呢? 設計者的目的是"滅",那么達到預期目的了嗎?分析可知,此時管子還是導通的,因為 e 極(5V)比 b 極(3.3V)大 0.7V 啊,所以 LED 小燈毫無疑問還是亮.那如果此時別的什么 條件都不變,而在電路中加入電阻 R02,這樣,當"電平"端為高電平(3.3V)時,被上拉 電阻一拉,則 b 極的電壓就被拉到 5V 了,從而三極管就截止,LED 小燈也就滅了.若三極 管換成是 NPN 的,那 R01 這個下拉電路就同理了.若出于這個原因,當用 5V 的單片機,那就 沒必要加上、下拉電阻了.

    情況一,沒有上、下電阻,所用單片機為 5V.三極管截止的狀態(電平端口處為高電 平)這里就不看了,這里以導通(電平端口處為低電平)的情況為例來計算 R03 的阻值."電 平"端為 OV,而 e 極為 5V,則滿足導通的壓降,三極管導通,且 eb 間壓降大概為 0.7V, 那還有(5-0.7)V 的電壓就會在電阻 R03 上.這個時候,e、c 之間也會導通,同時 LED 本身 壓降又是 2V 左右,三極管 e、c 之間大概有 0.2V 的壓降,這個可以忽略不計,這樣在 R00 上就會有大概 3V 的壓降,可以計算出來,這條支路的電流大概是 3mA,足足可以點亮 LED 小燈.

    不是說算電阻 R03 嗎,怎么算到電流上來了,這時有根據的.前面講過,三極管有截止、 放大、飽和三個狀態,截止不用說了,只要 e、b 之間不導通即可.要讓三極管處于飽和狀 態,就是所謂的開關特性,必須滿足一個條件.大伙都知道,三極管有一個放大倍數β ,要 想處于飽和狀態,b 極電流就必須大于 e、c 之間電流值除以β .這個β ,常用三極管的大 概是 100 左右,那么 R03 的電壓、電流已知了,歐姆定律讀者還不會啊.

    上面算得 Iec 為 3mA,那么 b 極電流最小值就是 3mA÷100,即為 30μA,那么 R03MAX = 4.3V÷ 30μA = 143 kΩ.只要 R03 比 143 kΩ 小就可以,那 1Ω行嗎?假如是 1Ω,則 b 極電流就 為 4.3A.可 STC15 系列單片機的 I/O 口承受電流的最大值是 25mA 啊,其實殘弈悟恩推薦最 好不要超過 10mA,因此 1Ω 果斷不行,所以殘弈悟恩一般用 1kΩ.

    三極管作為開關器件,雖然驅動電路很簡單,要使電路工作更加穩定可靠,還是不能掉以輕心.為了不容易出錯,個人建議是優先采用圖 3-21 的電路,盡量不采用圖 3-19 的電路,避免使用圖 3-20 的工作狀況.

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