三极管分析与功能电路设计之 N管在电路中的开关应用

N 管在电路中的开关应用

我们先讲解下Ｎ管。如图1所示，如果三极管工作在饱和区（完全导通），Rce≈0，Vce≈0.3V，且这个0.3V我们就认为它直接接地了，那么就需要让Ib大于等于1mA，若Ib=1mA, Ic=100mA，它的放大倍数β=100，三极管完全导通。所以，我们说IB是一个弱电流弱信号，IC是个强电流强信号。

我们之所以要使用三极管作为开关管用，这是为解决一些器件、传感器通过的电流值很小，一般不将它们直接作为公立器件串在负载中的，而只是作为一个开关量信号来控制负载的打开和关断。比如，温控开关，这个在《热水循环泵》项目中有介绍过，它一般通上小于5mA的电流，所以不适合接到电路中直接控制电路中的负载。将这类器件接在N管的B极上，N管就能够作为一个开关管使用。

我们现在来分析图2温度开关控制马达电路：

图2是温度开关控制马达转和停的电路图，温度开关相当于一个按键开关。温度开关它是一个弱信号的，它可以串在B极上，它不能串在IC 上。在B极串个开关，N管就能够做个开关管使用。图2中的马达是一个直流有刷马达，只要正极接通12V，负极接地，马达就开始转。

电路的分析中三要素

在上一节我们讲过，电路的分析关键要抓住三要素：源、地、回路！

在这个电路也是一样，从图2中可以看出一共有4个回路。首先，当温度开关导通，回路I流过的电流的为

三极管CE完全导通，Vce » 0.3V，这时候，马达两端的电压压降接近 12V,它就能够转动的，因为三极管be的导通后阻抗远远小于2K电阻R2，所以电流大部分流过三极管；当温度开关断开，那么这个时候，ib 上就没有电流，ic 上也没有电流，回路II不导通，12V的电压就不能够经过这上面流过。这是因为三极管是流控流型的，只有ib上有电流，ic 在有压降上才会有电流。

由于温度开关在关断的瞬间，三级管ib、ic上的电流并不能够一下子降到零，而是慢慢降到零，这是制造工艺必然存在的，在这段时间，三极管是工作在放大区，是最容易受到干扰。因此需要接个下拉电阻R2，这个电阻一是给三极管提供了个放电回路，二是为点A提供一个能量分散的通路。我们现在来具体分析为什么这里需要接个下拉电阻。首先如图3所示三极管实际工艺制造模型，三极管BE、BC、CE之间分别有电容C1、C2、C3。这三个电容的存在一方面是我们不需要的，另一方面，又是工艺中无法避免克服的，是制造工艺过程中必然存在的现象。我们把这种电容一般称之为杂散电容，或者说是寄生电容。

由于有电容的存在，三极管势必有延时。当ib上没有电流时，三极管上电容C1开始放电，形成回路I,这个时候B点的电压从0.7V降到0V，工作在放大区，最容易受到干扰，现在在C1两端加个电阻R2，电容上的电一部分就会从电阻R2上释放掉，并且电阻阻值越小，电容放电越快。因此，电阻R2给电容提供了一个通路释放电荷，大大减短了三极管工作在放大区的时间。

然后我们再来分析，为什么说电阻 R2 为点A提供了一个能量分散通路。如图2所示，温度开关断开时，此时点A是悬空的，A点电压不确定，为高阻态（阻抗无穷大），容易出现误导通的现象，而且也容易受到周围环境干扰，比如静电、雷击等使器件永久损坏。当使用环境出现雷击，高压静电等情况，在点A下拉一个电阻接到地，大部分电流就会顺着电阻流入地，给能量提供一个分散通路。如果没有接这个电阻，当发生雷击时，由于A点左边阻抗无穷大，A点右边接三极管，阻抗相对左边来说是有限的、低的，因此电流会全部往阻抗低的方向跑，流入三极管，造成电流过大，把这器件永久性损坏。

一般情况下，也即经验用法，这个电阻为2K。既要兼顾功耗，又要考虑电容放电。

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责任编辑：xj

原文标题：【连载】10年+硬件大牛带你玩转三极管分析与功能电路设计（二）

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