三极管是晶体管的一种,不同于MOS管的电压控制,三极管是电流驱动,NPN型三极管常用来驱动LED和继电器,但是你有没有想过
基极的电阻该如何选择呢?
1. 预备知识
了解三极管的三个工作区域,截止区,放大区和饱和区。
- 截止区:三极管工作在截止状态,当发射结电压
小于0.6~0.7V的导通电压,发射结没有导通,集电结处于反向偏置,没有放大作用。
发射结和集电结都反偏。
- 放大区:三极管的发射结加正向电压(锗管约为0.3V,硅管约为0.7V),集电结加反向电压导通后,
控制
,
与
近似于线性关系,在基极加上一个小信号电流,引起集电极大的信号电流输出。
发射结正偏,集电结反偏。
- 饱和区:当三极管的集电结电流
增大到一定程度时,再增大
,
也不会增大,超出了放大区,进入了饱和区。
发射结和集电结都正偏。
2. 问题描述
问:如下是一个三极管开关电路,用来驱动LED,电源电压5V,LED1的正向压降是1V,驱动电流20mA,所以R2为200Ω,B极驱动信号是MCU的一个GPIO,高电平输出2.8V,低电平输出0V,求R1的阻值?
NPN三极管驱动LED电路图
3. 如何解决
3.1 解法1
题目中没有指定三极管型号,可选数字三极管
,数字三极管也称带阻三极管,顾名思义,内部自带电阻,常用来做电子开关,功能等同反相器。
数字三极管功能电路图
下图是DTC123YM型号数字三极管电气参数,开启电压,最大不超过3V,输入2.8V符合要求;关闭电压最小是0.3V,我们MCU GPIO低电平输出是0V,符合要求。R1不用计算,选择0R,充当导线即可。
为什么选择数字三极管?
- 使用简单,不用考虑基极电阻大小。
- 近似开关,导通压降极低,下图中典型值仅0.1V,最大是0.3V。
DTC123YM电气特性
3.2 解法2
使用一般的三极管,如常见的S8050
,LED关闭的时候,S8050工作在截止状态,LED亮的时候,S8050工作在什么状态呢?从S8050的输出特性曲线来看,应该是饱和区,饱和区
的值比较小,开关电路当然需要开关两端的压差越小越好。
LED的驱动电流为 , 时,从下图可以看出, 左右,排除饱和压降,可计算
S8050输出特性曲线
根据以上计算,有3个误差。
- 第1个是电阻误差,电阻有5%精度和1%精度;
- 第2个是集电结开启电压的误差,不一定是0.7V;
- 第3个是饱和压降,没有计算进去;
对驱动不同器件来说:
驱动LED
,电流越大,LED越亮,但是不能超过最大值,否则LED会损坏或寿命骤减。驱动继电器
,根据线圈内阻和电源电压可计算出驱动电流,依照电流设计即可,网上会有经验公式,为了继电器的有效吸合,会将基极电阻减小一倍,来达到有效吸合,实际运用中,如果有条件,可以实际测试。
4. 小结一下
从解法1和解法2,明显可以得出,解法1更方便,选择一个合适的数字三极管即可,不用考虑基极电阻。解法2可以理论与实践相结合,需要考虑的点比较多,相对比较复杂一点,推荐使用数字三极管。
永远相信美好的事情即将发生,作者记得诚,写于安徽合肥,时间2020-03-19 PM14:33