三極體的使用誤區和三個特殊用法

蜂鳴器是我們在電路設計中使用的最常見的一種預警發聲器件,我們常使三極管的工作於開關狀態來驅動它。然而越簡單的電路,很多人在設計時往往越容易忽略細節,導致實際電路中蜂鳴器不發聲、輕微發聲和亂髮聲的情況發生。

我們在數字電路設計的中常常用三極管的開關特性把數字信號的“1”和“0”來轉化成實際電路中的“通”和“斷”,來驅動一些蜂鳴器、數碼管、繼電器等需要較大電流的器件。

然而在使用的過程中,如果不在意細節,三極管就可能無法工作在正常的開關狀態。最終無法達到預期的效果,有時就是因為這些小小的錯誤而導致重新打板,導致浪費。

這裡小編把使用三極管的一些經驗以及一些常見的誤區給大家分享一下,在電路設計的過程中可以減少一些不必要的麻煩。我們來看幾個三極管做開關的常用電路畫法。蜂鳴器我們選擇了常用的蜂鳴器。

三極管的使用誤區和三個特殊用法

圖1

圖1中a電路中三極管我們選擇了2N3904三極管,2N3904是現在常用的NPN三極管。其耐壓值40V,Pcm=400mW,Icm=200mA,β=100-400。蜂鳴器LS1接在三極管的集電極,驅動信號取5V,電阻按照經驗可以取4.7K。假設三極管放大倍數為100,蜂鳴器的工作電流為20mA,即Ic=20mA。Ib=Ic/β=0.2 mA。當基極電流大於0.2 mA時,蜂鳴器均可正常發聲。

a電路中的基極電流Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA,大於0.2 mA,可以使蜂鳴器正常發聲。b 電路用的是2N3906三極管,PNP型,同樣把蜂鳴器LS2接在三極管的集電極,驅動信號是5VTTL電平。由於2N3906其他參數和2N3904基本一致,因此計算過程不再贅述。以上這兩個電路圖都可以正常工作。

三極管的使用誤區和三個特殊用法

圖2

圖2的兩個電路和圖一相比,把蜂鳴器接在了三極管的發射極。在c電路,假設基極電壓為5V,基極電流Ib=(5V-0.7V- UL)/4.7K,其中UL為蜂鳴器上的壓降。如 果UL比較大,那麼相應的Ib就小,很有可能Ib<0.2mA,Ic<20mA,無法驅動蜂鳴器。

有人認為把R3的阻值減小,Ib就可以變大,大於0.2 mA時,蜂鳴器就可以正常工作。但是蜂鳴器的壓降很難獲知,而且有些蜂鳴器的壓降可能變動,這樣一來基極電阻阻值就很難選擇,阻值選擇太大就會驅動失敗,選擇太小,損耗又變大。d電路也會出現同樣的問題,所以不建議選用圖二的這兩種電路。

三極管的使用誤區和三個特殊用法

圖3

圖3這兩個電路,電路的驅動信號為3.3VTTL電平,常出現在3.3V的MCU電路設計中,如果不注意就很容易就設計出這兩種電路,而這兩種電路都是錯誤的。

先分析e電路,這是典型的“發射極正偏,集電極反偏”的放大電路,或者叫射極輸出器。當PWM信號為3.3V時,Ib=(3.3V-0.7V- UL)/4.7K,會出現和圖2中c電路中一樣的情況。

f電路也是一個很失敗的電路,首先這個電路導通是沒有問題的,當驅動信號為0V時,蜂鳴器可以正常動作。然而這個電路是無法關斷的,當驅動信號PWM為3.3V高電平的時候,Ube=5V-3.3V=1.7V, Ube>0.7V,三極管仍可以導通,於是蜂鳴器會一直響。

那這個問題有辦法解決嗎?有,如果你的MCU支持OD(開漏)驅動方式,可以在開漏輸出後用上拉電阻把電平拉到5V,這樣 Ube=5V-5V=0V, Ube<0.7V,三極管就可以正常的關斷了。

三極管的特殊用法

三極管是信號放大元件和電子開關元件。不過它還有一些特殊的用法,能夠做成一些可獨立使用的兩端或三端器件,代替其它類型元件使用。

三極管的使用誤區和三個特殊用法

擴流

把一隻小功率可控硅和一隻大功率三極管組合,就可得到一隻大功率可控硅,其最大輸出電流由大功率三極管的特性決定,見圖4。

圖5為電容容量擴大電路。利用三極管的電流放大作用,將電容容量擴大若干倍。這種等效電容和一般電容器一樣,可浮置工作,適用於在長延時電路中作定時電容。

穩壓二極管構成的穩壓電路雖具有簡單、元件少、製作經濟方便的優點,但由於穩壓二極管穩定電流一般只有數十毫安,因而決定了它只能用在負載電流不太大的場合。圖6可使原穩壓二極管的穩定電流及動態電阻範圍得到較大的擴展,穩定性能可得到較大的改善。

代換

圖7中的兩隻三極管串聯可直接代換調光檯燈中的雙向觸發二極管。

圖8中的三極管可代用8V左右的穩壓管。

圖9中的三極管可代用30V左右的穩壓管。上述應用時,三極管的基極均不使用。

模擬

用三極管夠成的電路還可以模擬其它元器件。大功率可變電阻價貴難覓,用圖10電路可作模擬品,調節510電阻的阻值,即可調節三極管C、E兩極之間的阻抗,此阻抗變化即可代替可變電阻使用。

圖11為用三極管模擬的穩壓管。其穩壓原理是:當加到A、B兩端的輸入電壓上升時,因三極管的B、E結壓降基本不變,故R2兩端壓降上升,經過R2的電流上升,三極管發射結正偏增強,其導通性也增強,C、E極間呈現的等效電阻減小,壓降降低,從而使AB端的輸入電壓下降。調節R2即可調節此模擬穩壓管的穩壓值,等效為穩壓管。

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