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三极管在直流电源中应用概述及使用误区

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-08-29 09:34    点击量:

    三极管在直流电源中应用概述及使用误区无论在数字电路、还是模拟电路中,三极管的应用很普遍.概括的说, 在模拟电路中主要用于信号的放大,在数字电路中主要利用开关特性来控制、驱动别的器件. 这里主要讲述在数字电路中的应用,三极管实物图如图 3-14 所示.

三极管在直流电源中应用概述及使用误区
    三极管的应用主要借助三种状态:放大、截止、饱和.关于放大的计算是很有学问,也是很复杂的,这里就不做说明了.便于读者理解,可以分别将饱和、截止状态看作是"开"、 "关"两种状态.那怎么是"开",又怎么是"关"呢.这由 b 极和 e 极电压决定.对于 NPN 型的,只要 b 极电压比 e 极电压大 0.7V,则三极管就"开",否则就"关";对于 PNP 型的,只要 e 极电压比 b 极电压大 0.7V,则三极管就"开",否则就"关";最后总结一句话:看 箭头,箭尾比箭头大 0.7V 则"开",否则就"关".

    低电平三极管导通(5V 比 0V 大 0.7V 吧),高电平三极管截止(5V 比 5V 没有大 0.7 是吧?).相反,若用 NPN 的三极管,b 极为高电平,则三极管导通;b 极为低电平则三极管截止.三极管的开关特性就说这么多,下面开始笔者 要讲解的重头戏,那就是与三极管捆绑在一起的这些电阻,看看这些电阻是随便拉一个出来, 还是要靠计算的.

    首先说明一点,图 3-16 是残弈悟恩为了讲解专门画了这样一个图,没有什么实际意义, 因为不可能驱动一个 LED 就需要这么复杂的电路.

    进入主题.图 3-16 中为什么要用上(下)拉电阻? 答:上、下拉电阻的作用本身就是为电路提供一个稳定、可知的运行环境.如图 3-16,如"电平"端悬空,此时三极管的导通、截止状态也就不确定了,如果加了上、下拉电阻,则该端的电平就是一个已知逻辑值,这是缘由一.

    再看缘由二,假如没有电阻 R02,且"电平"端用的不是 5V 单片机,而是用 3.3V 的单 片机来控制这个三极管,那么当"电平"端为高电平(3.3V)时,LED 小灯是亮还是灭呢? 设计者的目的是"灭",那么达到预期目的了吗?分析可知,此时管子还是导通的,因为 e 极(5V)比 b 极(3.3V)大 0.7V 啊,所以 LED 小灯毫无疑问还是亮.那如果此时别的什么 条件都不变,而在电路中加入电阻 R02,这样,当"电平"端为高电平(3.3V)时,被上拉 电阻一拉,则 b 极的电压就被拉到 5V 了,从而三极管就截止,LED 小灯也就灭了.若三极 管换成是 NPN 的,那 R01 这个下拉电路就同理了.若出于这个原因,当用 5V 的单片机,那就 没必要加上、下拉电阻了.

    情况一,没有上、下电阻,所用单片机为 5V.三极管截止的状态(电平端口处为高电 平)这里就不看了,这里以导通(电平端口处为低电平)的情况为例来计算 R03 的阻值."电 平"端为 OV,而 e 极为 5V,则满足导通的压降,三极管导通,且 eb 间压降大概为 0.7V, 那还有(5-0.7)V 的电压就会在电阻 R03 上.这个时候,e、c 之间也会导通,同时 LED 本身 压降又是 2V 左右,三极管 e、c 之间大概有 0.2V 的压降,这个可以忽略不计,这样在 R00 上就会有大概 3V 的压降,可以计算出来,这条支路的电流大概是 3mA,足足可以点亮 LED 小灯.

    不是说算电阻 R03 吗,怎么算到电流上来了,这时有根据的.前面讲过,三极管有截止、 放大、饱和三个状态,截止不用说了,只要 e、b 之间不导通即可.要让三极管处于饱和状 态,就是所谓的开关特性,必须满足一个条件.大伙都知道,三极管有一个放大倍数β ,要 想处于饱和状态,b 极电流就必须大于 e、c 之间电流值除以β .这个β ,常用三极管的大 概是 100 左右,那么 R03 的电压、电流已知了,欧姆定律读者还不会啊.

    上面算得 Iec 为 3mA,那么 b 极电流最小值就是 3mA÷100,即为 30μA,那么 R03MAX = 4.3V÷ 30μA = 143 kΩ.只要 R03 比 143 kΩ 小就可以,那 1Ω行吗?假如是 1Ω,则 b 极电流就 为 4.3A.可 STC15 系列单片机的 I/O 口承受电流的最大值是 25mA 啊,其实残弈悟恩推荐最 好不要超过 10mA,因此 1Ω 果断不行,所以残弈悟恩一般用 1kΩ.

    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,个人建议是优先采用图 3-21 的电路,尽量不采用图 3-19 的电路,避免使用图 3-20 的工作状况.

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