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瞭解三極管三個工作區域及NPN三極管驅動LED電路圖

39度創意研究所 2020-10-16 16:27 次閲讀

一、預備知識

瞭解三極管的三個工作區域,截止區,放大區和飽和區。

  • 截止區:三極管工作在截止狀態,當發射結電壓U_{be}小於0.6~0.7V的導通電壓,發射結沒有導通,集電結處於反向偏置,沒有放大作用。(發射結和集電結都反偏)
  • 放大區:三極管的發射結加正向電壓(鍺管約為0.3V,硅管約為0.7V),集電結加反向電壓導通後,Ib控制IcIcIb近似於線性關係,在基極加上一個小信號電流,引起集電極大的信號電流輸出。(發射結正偏,集電結反偏)
  • 飽和區:當三極管的集電結電流Ic增大到一定程度時,再增大IbIc也不會增大,超出了放大區,進入了飽和區。(發射結和集電結都正偏)

二、問題描述

問:如下是一個三極管開關電路,用來驅動LED,電源電壓5V,LED1的正向壓降是1V,驅動電流20mA,所以R2為200Ω,B極驅動信號是MCU的一個GPIO,高電平輸出2.8V,低電平輸出0V,求R1的阻值?

在這裏插入圖片描述

NPN三極管驅動LED電路圖

三、如何解決

1. 解法1

題目中沒有指定三極管型號,可選數字三極管,數字三極管也稱帶阻三極管,顧名思義,內部自帶電阻,常用來做電子開關,功能等同反相器。

在這裏插入圖片描述

數字三極管功能電路圖

下圖是DTC123YM型號數字三極管電氣參數,開啓電壓,最大不超過3V,輸入2.8V符合要求;關閉電壓最小是0.3V,我們MCU GPIO低電平輸出是0V,符合要求。R1不用計算,選擇0R,充當導線即可。

為什麼選擇數字三極管?

  • 使用簡單,不用考慮基極電阻大小。
  • 近似開關,導通壓降極低,下圖中典型值僅0.1V,最大是0.3V。

 

在這裏插入圖片描述

DTC123YM電氣特性

2. 解法2

使用一般的三極管,如常見的S8050,LED關閉的時候,S8050工作在截止狀態,LED亮的時候,S8050工作在什麼狀態呢?從S8050的輸出特性曲線來看,應該是飽和區,飽和區Vce的值比較小,開關電路當然需要開關兩端的壓差越小越好。

LED的驅動電流為I_C=20mAI_C=20mA時,從下圖可以看出,I_B=85uA左右,排除飽和壓降,可計算R1=(2.8-0.7)/85uA=24.7K

驅動LED

S8050輸出特性曲線

根據以上計算,有三個誤差:

  • 第1個是電阻誤差,電阻有5%精度和1%精度;
  • 第2個是集電結開啓電壓的誤差,不一定是0.7V;
  • 第3個是飽和壓降,沒有計算進去;

對驅動不同器件來説:

  • 驅動LED: 電流越大,LED越亮,但是不能超過最大值,否則LED會損壞或壽命驟減。
  • 驅動繼電器 根據線圈內阻和電源電壓可計算出驅動電流,依照電流設計即可,網上會有經驗公式,為了繼電器的有效吸合,會將基極電阻減小一倍,來達到有效吸合,實際運用中,如果有條件,可以實際測試

四、小結一下

從解法1和解法2,明顯可以得出,解法1更方便,選擇一個合適的數字三極管即可,不用考慮基極電阻。解法2可以理論與實踐相結合,需要考慮的點比較多,相對比較複雜一點,推薦使用數字三極管。
編輯:hfy

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