三极管用作开关电路的一些思考

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了三极管用作开关电路的一些思考。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1、NPN、PNP三极管用作开关的基本电路

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2、负载位置

为什么不管是NPN还是PNP,电路对应的负载要放到集电极C,而没有放到发射极E呢?

因为三极管的输入回路是从基级B控制发射极E,负载如果放到发射极E,那就会对输入回路造成影响。

比如说,Ube>0.7V可以导通,但是由于负载接到了发射极E和GND之间,那么仍然想导通的话B点的电位就不止0.7V了,因为负载也会产生压降。

3、三极管的状态

3.1、三极管的三种工作状态

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截止区:发射结反偏,集电结反偏;Ib=0,Ic也几乎为0; 

放大区:发射结正偏,集电结反偏;Ube>0.7V,Ic=βIb,Ic的电流受Ib的控制;

饱和区:发射结正偏,集电结正偏;Ic受Uce显著控制,Uce大约为0.3V

3.2、作为开关时三极管的状态

既然三极管是作为开关,那你肯定希望这个开关在闭合的时候像一根导线,断开的时候像一根断开的导线(哈哈哈)~ 也就是说,Uce在“开关闭合”的时候,压降要很小。

还有,你也不会希望你的开关会受控制电路电流的影响,也就是说,负载所在的支路电流Ic不等于βIb。

综合这两点,三极管在作为开关时三极管的时候,期望是工作在饱和状态的。

3.3、如何让三极管工作在饱和区?

饱和区:发射结正偏,集电结正偏;

首先看发射结正偏,这个可以通过控制B点的电压。

那集电结正偏如何控制呢?这就需要考虑电路中元器件的参数了,从上面输出特性曲线的图中可以看到,如果此时是位于A点,那么如果想要进入饱和区可以通过增大基极电流Ib的方式,使A点向上运动到B点。

为什么基级电流Ib增大,会更容易进入饱和区呢?因为基级电流的增大会使得集电极电流增大,负载上的压降就会增大,电源Vcc不变,集电极C的电位就会被拉低,从而导致集电结正偏,进入饱和区。既然知道这个原理,那另一方面负载的大小也影响着是否进入饱和区,负载电阻越大,越容易进入饱和区。

 

4、基级串联的电阻应该怎么选?

从上面标橙的文字中可以知道,影响三极管工作在饱和区可以从这两个方面入手,但如果是设计一个确定功能的电路,比如控制继电器导通,那么负载是确定的,我们只能控制基级串联的电阻。

电路如下图所示(为了保证上电时IO状态不稳定导致的三极管导通,需要增加下拉电阻),假设:控制继电器的Vcc是5V,继电器的线圈R2=100欧,IO是3.3V的高低电平,Q1的β=200,那么R1应该取多少?

首先计算Ic=(Vcc-Uce)/R2=(Vcc-0.3)/100=47mA,然后根据Ic=βIb计算出Ib=0.235mA,然后计算R1=(3.3-0.7)/0.235mA=11K,但是这个R1是我们用Ic=βIb计算出的临界电阻,想要进入深度饱和需要增大基极电流Ib,即R1的值取更小,但是不要小到烧坏发射结,可以参考输出特性曲线的图中提供的Ib的最大值。

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