經驗教訓:三極管做開關擴流時常用失誤總結
發布時間:2015-01-27 責任編輯:sherryyu
【導讀】在數字電路設計的中,往往需要把數字信號經過開關擴流器件來驅動一些蜂鳴器、LED、jidianqidengxuyaojiaodadianliudeqijian,yongdezuiduodekaiguankuoliuqijianyaoshusanjiguan。benrenzaizhegefangmianjiuchiguokui,suoyibazijishiyongsanjiguandeyixiejingyanyijiyixiechangjiandewuqugeidajiafenxiangyixia,zaidianlushejideguochengzhongkeyijianshaoyixiebubiyaodemafan。
sanjiguanbijiaobianyi,yongqilaifangbian,changyongzaishuzidianlukaiguankongzhi。yibanlaishuodichengbenchanghe,putongyingyongdexiankaolvyongsanjiguan。sanjiguan,quanchengyingweibandaotisanjiguan,yechengshuangjixingjingtiguan、晶體三極管,是一種電流控製電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成輻值較大的電信號,也用作無觸點開關。
在數字電路設計的中,往往需要把數字信號經過開關擴流器件來驅動一些蜂鳴器、LED、jidianqidengxuyaojiaodadianliudeqijian,yongdezuiduodekaiguankuoliuqijianyaoshusanjiguan。ranerzaishiyongdeguochengzhong,ruguodianlushejibudang,sanjiguanwufagongzuozaizhengchangdekaiguanzhuangtai,jiudabudaoyuqidemude,youshijiushiyinweizhexiexiaoxiaodecuowuerdaozhizhongxindaban,daozhilangfei。benrenzaizhegefangmianjiuchiguokui,suoyibazijishiyongsanjiguandeyixiejingyanyijiyixiechangjiandewuqugeidajiafenxiangyixia,zaidianlushejideguochengzhongkeyijianshaoyixiebubiyaodemafan。
下麵來看幾個三極管做開關的常用電路畫法。幾個例子都是蜂鳴器作為被驅動器件。

圖一的a 電路用的是NPN管,注意蜂鳴器接在三極管的集電極,驅動信號可以是常見的3.3V或者5VTTL,高電平開通,電阻按照經驗法可以取4.7K。例如a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。b 電路用的是PNP管,同樣把蜂鳴器接在三極管的集電極,不同的是驅動信號是5V的TTL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)都會發出最大的聲音。

圖二的這兩個電路相比圖一來說,最大的區別在於被驅動器件接在三極管的發射極。同樣看c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為被驅動器件上的壓降。可以看到,同樣取基極電阻為4.7K,流過的基極電流會比圖一a電路的要小,小多少要看UL是多少。如果UL比較大,那麼相應的Ibjiuxiao,henyoukenengdaozhisanjiguanwufagongzuozaibaohezhuangtai,shidebeiqudongqijianwufadongzuo。yourenhuishuobajijidianzujianxiaojiukeyileya,keshibeiqudongqijiandeyajiangshihennanhuozhide,youxiebeiqudongqijiandeyajiangshibiandongde,zheyangyilaijijidianzujiujiaonanxuanzeheshidezhi,zuzhixuanzetaidajiuhuiqudongshibai,xuanzetaixiao,sunhaoyoubianda。suoyi,zaifeibudeyideqingkuangxia,bujianyixuanyongtuerdezheliangzhongdianlu。

我們再來看圖三這兩個電路。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,不小心的話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e電路,這是典型的“發射極正偏,集電極反偏”的放大電路,或者叫射極輸出器。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。圖三f電dian路lu也ye是shi一yi個ge很hen失shi敗bai的de電dian路lu,首shou先xian這zhe個ge電dian路lu開kai通tong是shi沒mei有you問wen題ti的de,當dang驅qu動dong信xin號hao為wei低di電dian平ping時shi,被bei驅qu動dong器qi件jian可ke以yi正zheng常chang動dong作zuo。然ran而er這zhe個ge電dian路lu是shi無wu法fa關guan斷duan的de,當dang驅qu動dong信xin號haoPWM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f電路依然有效。

綜合以上幾種電路的情況分析,得到圖四這兩種個人認為是最優的驅動電路,與圖一不同的是,圖四在基極與發射極之間多加了一個100K的(de)電(dian)阻(zu),這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)也(ye)是(shi)有(you)一(yi)定(ding)作(zuo)用(yong)的(de),可(ke)以(yi)讓(rang)三(san)極(ji)管(guan)有(you)一(yi)個(ge)已(yi)知(zhi)的(de)默(mo)認(ren)狀(zhuang)態(tai)。當(dang)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)去(qu)除(chu)的(de)時(shi)候(hou),三(san)極(ji)管(guan)還(hai)處(chu)於(yu)關(guan)斷(duan)狀(zhuang)態(tai)。在(zai)安(an)全(quan)和(he)穩(wen)定(ding)的(de)方(fang)麵(mian)考(kao)慮(lv),多(duo)加(jia)的(de)這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)還(hai)是(shi)很(hen)有(you)必(bi)要(yao)的(de),或(huo)者(zhe)說(shuo)可(ke)以(yi)讓(rang)三(san)極(ji)管(guan)工(gong)作(zuo)在(zai)更(geng)好(hao)的(de)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)。
三san極ji管guan作zuo為wei開kai關guan器qi件jian,雖sui然ran驅qu動dong電dian路lu很hen簡jian單dan,要yao使shi電dian路lu工gong作zuo更geng加jia穩wen定ding可ke靠kao,還hai是shi不bu能neng掉diao以yi輕qing心xin。為wei了le不bu容rong易yi出chu錯cuo,個ge人ren建jian議yi是shi優you先xian采cai用yong圖tu四si的de電dian路lu,盡jin量liang不bu采cai用yong圖tu二er的de電dian路lu,避bi免mian使shi用yong圖tu三san的de工gong作zuo狀zhuang況kuang。
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