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了解三极管三个工作区域及NPN三极管驱动LED电路图

39度创意研究所 2020-10-16 16:27 次阅读

一、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U_{be}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,Ib控制IcIcIb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Ic增大到一定程度时,再增大IbIc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)

二、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?

在这里插入图片描述

NPN三极管驱动LED电路图

三、如何解决

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。

在这里插入图片描述

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。

 

在这里插入图片描述

DTC123YM电气特性

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Vce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I_C=20mAI_C=20mA时,从下图可以看出,I_B=85uA左右,排除饱和压降,可计算R1=(2.8-0.7)/85uA=24.7K

驱动LED

S8050输出特性曲线

根据以上计算,有三个误差:

  • 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

四、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。
编辑:hfy

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