三極管用于開關(guān)的注意事項詳解-KIA MOS管

三極管開關(guān)的注意事項

下面看幾個三極管做開關(guān)的常用電路畫法。都是以蜂鳴器作為被驅(qū)動器件舉例。

三極管開關(guān)注意事項

圖1的左邊NPN管，蜂鳴器接在三極管的集電極，驅(qū)動信號是常見的3.3V或5VTTL，高電平導(dǎo)通，電阻按照經(jīng)驗法可以取4.7K。

如左電路開通時假設(shè)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，但如果是右邊電路用的是PNP管，蜂鳴器同樣接在三極管的集電極，不同的是驅(qū)動信號是5VTTL電平。

以上這兩個都可以正常工作，只要PWM驅(qū)動信號工作在合適的頻率，蜂鳴器(有源)就會發(fā)出最大的聲音。

三極管開關(guān)注意事項

圖2的這兩個電路相比圖1來說，最大的區(qū)別在于被驅(qū)動器件接在三極管的發(fā)射極?？醋箅娐罚_通時假設(shè)為高電平5V，基極電流Ib=(5V-0.7V-UL)/4.7K，其中UL為負載上的壓降。

可以看到，同樣取基極電阻為4.7K，流過的基極電流會比圖1左邊電路的要小，小多少要看UL是多少。如果UL比較大，那么相應(yīng)的Ib就小，很有可能導(dǎo)致三極管無法工作在飽和狀態(tài)，使得被驅(qū)動器件無法動作。

有人會說把基極電阻減小就可以呀，可是被驅(qū)動器件的壓降是很難獲知的，有些被驅(qū)動器件的壓降是變動的，這樣基極電阻就較難選擇合適的值，阻值選擇太大就會驅(qū)動失敗，選擇太小損耗又增加。

所以，在非不得已的情況下，強烈不建議選用圖2的這兩種電路?？墒呛芏嗳司褪遣环謭D1左和圖2右。

三極管開關(guān)注意事項

再來看圖3這兩個電路，如果驅(qū)動信號為3.3VTTL電平，而被驅(qū)動器件開通電壓需要5V。在3.3V的MCU電路中，很容易就設(shè)計出這兩種電路，而這兩種電路都是錯誤的。先分析左邊電路，這是典型射極輸出器。

當(dāng)PWM信號為3.3V時，三極管發(fā)射極電壓為3.3V-0.7V=2.6V，無法達到期望的5V。右邊電路也是個很失敗的電路，首先這個電路開通是沒有問題的，也就是當(dāng)驅(qū)動信號為低電平時，被驅(qū)動器件可以正常動作。

然而這個電路是無法關(guān)斷的，當(dāng)驅(qū)動信號PWM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，于是無法關(guān)斷。

這里有人可能會說用過這個電路，沒有問題啊，而且MCU的電壓也是3.3V。你用的肯定是OD(開漏)驅(qū)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(shè)置為5V容忍的OD驅(qū)動方式(但是有些是不行的)。

當(dāng)驅(qū)動信號為OD門驅(qū)動方式時，輸出高電平，信號就變成了高阻態(tài)，流過基極的電流為零，三極管可以有效關(guān)斷，這個時候右邊電路依然有效。

三極管開關(guān)注意事項

綜合以上幾種電路的情況分析，得到圖4這兩種個人認為是最優(yōu)的驅(qū)動電路，與圖1不同的是，圖4在基極與發(fā)射極之間多加了一個10K的電阻，這個電阻也是有一定作用的，可以讓三極管有一個已知的默認狀態(tài)。

當(dāng)輸入信號未加入的時候，三極管還處于關(guān)斷狀態(tài)。在安全和穩(wěn)定的方面考慮，多加這個電阻是很有必要的，或者說可以讓三極管工作在更好的開關(guān)狀態(tài)。

三極管作為開關(guān)器件，雖然驅(qū)動電路很簡單，要使電路工作更加穩(wěn)定可靠，還是不能掉以輕心。為了不容易出錯，個人建議是優(yōu)先采用圖4的電路，盡量不采用圖2的電路，避免使用圖3的工作狀況。

即便如此還是需要注意一些問題，如果圖4的驅(qū)動信號都是3VTTL電平，左圖的Ib=(3.3V-0.7V)/4.7K=0.55mA，需要考慮是否該把4.7k電阻減小一些，此時(Ic大電流hFE會減小)按照B(貝塔)=50來計算，Ic=0.55*50=27.5mA,就要看負載是否需要這個電流了，再考慮該怎么調(diào)整基極電阻。

而右圖將可能會發(fā)生一個很嚴重的問題，由于MCU系統(tǒng)為3.3V，外部的VCC_5V將通過e極以及那兩個電阻對芯片造成電流“倒灌”，這畢竟是個隱患，我們來看看GPIO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就明白為什么這有風(fēng)險了。

三極管開關(guān)注意事項

請注意輸入輸出管腳!

三極管開關(guān)注意事項

請注意上圖紅色部分的保護二極管，它是如何“竄入”MCU系統(tǒng)的電源系統(tǒng)的，即使壓差小不會在成保護二極管正向擊穿，也會把5V電源系統(tǒng)的干擾引入MCU的電源系統(tǒng)，如果右邊的是驅(qū)動電機，電流變化大，那這種干擾引入后對MCU系統(tǒng)來說是很致命的，很可能導(dǎo)致莫名的重啟死機。

在兩個電源電壓差比較小的情況下可能走運，電路沒出故障，而一旦養(yǎng)成這種習(xí)慣，次數(shù)多了或者以后項目電源電壓不同，就可能發(fā)生問題。這種情況該怎么解決呢?主要是要做好隔離，比如光耦隔離，所采用的是如下的方法：

三極管開關(guān)注意事項