探讨三极管在开关电路中的应用思路

百科 2024-11-02 11:28 广东

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

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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