三極管當開關要注意的事項

發布時間：2021-02-23 14:41:11
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三極管當開關要注意的事項

下麵是一些使用三極管的經驗，以及常見的誤區，注意到它們，在電路設計的過程中可以減少一些不必要的麻煩。遺憾的是目前為止還經常看到人們在不明不白的用著它們，卻沒有被發現和引起必要的重視。
三極管當開關

下麵看幾個三極管做開關的常用電路畫法。都是以蜂鳴器作為被驅動器件舉例。

圖1的左邊NPN管，蜂鳴器接在三極管的集電極，驅動信號是常見的3.3V或5VTTL，高電平導通，電阻按照經驗法可以取4.7K。如左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，但如果是右邊電路用的是PNP管，蜂鳴器同樣接在三極管的集電極，不同的是驅動信號是5VTTL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)就會發出最大的聲音。
三極管當開關

圖2的這兩個電路相比圖1來說，最大的區別在於被驅動器件接在三極管的發射極。看左電路，開通時假設為高電平5V，基極電流Ib=(5V-0.7V-UL)/4.7K，其中UL為負載上的壓降。可以看到，同樣取基極電阻為4.7K，流過的基極電流會比圖1左邊電路的要小，小多少要看UL是多少。如果UL比較大，那麽相應的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呀，可是被驅動器件的壓降是很難獲知的，有些被驅動器件的壓降是變動的，這樣基極電阻就較難選擇合適的值，阻值選擇太大就會驅動失敗，選擇太小損耗又增加。所以，在非不得已的情況下，強烈不建議選用圖2的這兩種電路。可是很多人就是不分圖1左和圖2右。
三極管當開關

再來看圖3這兩個電路，如果驅動信號為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，很容易就設計出這兩種電路，而這兩種電路都是錯誤的。先分析左邊電路，這是典型射極輸出器。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。右邊電路也是個很失敗的電路，首先這個電路開通是沒有問題的，也就是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，這個時候右邊電路依然有效。
三極管當開關

綜合以上幾種電路的情況分析，得到圖4這兩種個人認為是最優的驅動電路，與圖1不同的是，圖4在基極與發射極之間多加了一個10K的電阻，這個電阻也是有一定作用的，可以讓三極管有一個已知的默認狀態。當輸入信號未加入的時候，三極管還處於關斷狀態。在安全和穩定的方麵考慮，多加這個電阻是很有必要的，或者說可以讓三極管工作在更好的開關狀態。

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4的電路，盡量不采用圖2的電路，避免使用圖3的工作狀況。

即便如此還是需要注意一些問題，日韩国产成人再來思考一下，如果圖4的驅動信號都是3VTTL電平，左圖的Ib=(3.3V-0.7V)/4.7K=0.55mA，需要考慮是否該把4.7k電阻減小一些，此時(Ic大電流hFE會減小)按照B(貝塔)=50來計算，Ic=0.55*50=27.5mA,就要看負載是否需要這個電流了，再考慮該怎麽調整基極電阻。而右圖將可能會發生一個很嚴重的問題，由於MCU係統為3.3V，外部的VCC_5V將通過e極以及那兩個電阻對芯片造成電流“倒灌”，這畢竟是個隱患，日韩国产成人來看看GPIO的內部結構就明白為什麽這有風險了。
三極管當開關