詳解三極管作為電子開關使用的方法

三極管構成的電子開關與普通的機械開關相比,具有體積小、無機械觸點、開關速度快、便於用電信號控制等優點,廣泛用於電子電路中。本文以常用的NPN型三極管為例,來介紹一下三極管作為電子開關使用的方法。


詳解三極管作為電子開關使用的方法
NPN型三極管構成的電子開關。

上圖中的8050三極管為常用的NPN型三極管,在這裡作為電子開關使用去控制小燈泡的亮與滅。小燈泡為老式手電筒用的小燈泡​。

上圖電路中,只要輸入電壓Vin為高電平(這裡假定高電平的幅度為5V,低電平的幅度為0V),則三極管VT獲得偏流而導通,此時VT的c-e兩極之間的電阻變得很小(數十Ω以下,具體大小與管子的飽和深度有關),如同一個閉合的開關,故此時小燈泡得電點亮。

當Vin為低電平時,VT無法獲得偏流,其處於截止狀態,此時VT的c-e兩極之間的電阻變得甚大(在數十MΩ以上),如同一個斷開的開關,故此時小燈泡熄滅。

圖中的電阻R為三極管的基極限流電阻,用以防止前級驅動電路流入三極管的基極電流過大而損壞管子。下面介紹一下該電阻的計算方法。
詳解三極管作為電子開關使用的方法

​▲ TO-92封裝的8050三極管。

8050三極管的BVceo=25V,Icm=1.5A,Pcm=1W。

為了計算方便,這裡假定選用的8050三極管的β為250,小燈泡的工作電流為250mA,則VT的基極電流Ib=Ic/β=250mA/250=1mA。也就是說,上圖中的三極管VT要想飽和導通,其Ib應≥1mA。為了使VT能夠處於深度飽和導通,以減小其飽和壓降,一般可選(1.5~2)Ib,這裡取2mA,則R=(5V-0.7V)/2mA=2.15KΩ(式中的5V為高電平的幅度,0.7V為三極管發射結的正向壓降),實際中可以選用標稱值為2KΩ或2.2KΩ的電阻。
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老式手電筒用的小燈泡。

順便說一下,三極管作為電子開關使用時,選用β大一些的管子可以減輕前級驅動電路的負擔。在負載電流不變時,三極管的β越大、基極驅動電流越大,則管子的飽和壓降就越小。用三極管驅動繼電器、指示燈時亦可以按上述方法來計算R的阻值。


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