三極管做開關控制繼電器的時候,為什麼繼電器要接在三極管集電極上?接發射極有什麼問題嗎?

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在用三極管驅動繼電器工作時,不論所用的三極管是PNP型還是NPN型,一般都是將繼電器接在三極管的集電極,很少見到將繼電器接在三極管的發射極,這是為什麼呢?下面我們介紹一下三極管驅動繼電器時,為何繼電器不接在三極管的發射極?

▲ NPN型三極管發射極驅動繼電器。

上圖所示電路中的繼電器接在NPN型三極管9013的發射極,繼電器的工作電壓為5V。若Vin端為高電平信號,三極管飽和導通,繼電器得電工作;Vin端為低電平信號,三極管截止,繼電器失電停止工作。我們知道,對於NPN型硅三極管,正常工作時,其發射極電壓總是比基極電壓低約0.6V左右。假設Vin端所加的高電平信號幅度為3V,那麼三極管導通後,即使基極電阻上的壓降為0V,其發射極電壓也只有2.4V左右,繼電器無法獲得額定電壓而工作。對於額定電壓為5V的繼電器,Vin端輸入的高電平幅度至少得5V(不考慮基極電阻上的壓降),繼電器才能工作。也就是說,繼電器接在三極管的發射極,要求前級電路輸出的控制信號的幅度至少得接近繼電器的額定電壓才能通過三極管控制繼電器工作,而繼電器接在三極管的集電極則不存在這種問題。我們來看下面電路。▲ NPN型三極管集電極驅動繼電器。

上圖電路中,繼電器接在NPN三極管的集電極,當Vin端為高電平時,三極管飽和,繼電器得電工作;當Vin端為低電平時,三極管截止,繼電器停止工作。在本電路中,Vin端的高電平信號,不論其幅度是0.8V還是100V,只要調整基極電阻R2的阻值,使三極管有一個合適的基極電流,即可使其飽和導通,並使繼電器工作。由此可見,三極管驅動繼電器時,將繼電器接在三極管的集電極,對輸入端控制信號的幅度要求很小,這種接法控制更方便,故三極管驅動繼電器時,一般都是接在三極管的集電極。


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三極管做開關控制繼電器的時候,為什麼繼電器要接在三極管集電極上,接發射極有什麼問題?

這個題目是用三極管控制繼電器,繼電器驅動電機。用三極管控制繼電器,常用的接法有射極接法和集電極接法。

三極管的射極接法;由於三極管採用射接接法,繼電器在發射極上會吸走電壓,而且射極接法只能接低阻抗負載。故,三極管採用集電極驅動方式來驅動繼電器。

上圖是三極管採用集電極驅動繼電器原理圖

圖中的D1是續流二極管,其作用反向續流、抑制浪湧。但是該電路的反應速度不是很理想,為了提高電路的反應速度,可在繼電器的一端串聯RC電路,如下圖所示!


因為
在電路閉合時繼電器線圈得電,可繼電器線圈由於自感會產生反向電動勢而阻礙繼電器線圈中的電流增大,這樣就延長了繼電器吸合時間,所以在控制要求高的場合顯然不能滿足控制要求。因此在繼電器一端串聯RC電路的作用;當電路閉合瞬間,電容C兩端電壓不能突變,而是相當於短路,這樣的話將比繼電器線圈額定工作電壓高的加到線圈兩端,此時線圈中電流增大速度加快,繼電器迅速吸合。當電源達到穩定狀態,電容C起不到作用了,只有電阻R起到限流作用。因此不僅縮短繼電器吸合時間,還提高電路反應速度。

續流二極管與繼電器線圈構成迴路;當繼電器線圈失電時,續流二極管會吸收繼電器線圈自感產生的反向電動勢而形成高壓脈衝,這樣避免了三極管的損壞。


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三極管做開關控制繼電器時,為什麼繼電器接在集電極?下面就我的理解跟大家分享一下

接在發射極上的問題

下面舉一個實例來說明會更好的理解原因。請各位看官聽我慢慢道來。我們的這個例子是用5V單片機通過NPN三極管來控制一個線圈額定電壓為12VDC的繼電器。我們先將繼電器接在三極管發射極,來看看會發生什麼問題。下面是該例子的電路圖



由於I/O輸出的高電平為5V,限流電阻上就會有電流流過,因此三極管的基極電壓就必定小於5V。由於三極管工作時,基極-發射極有約0.7V左右的壓降,那麼三極管的發射極電壓會更小。

也就是說繼電器線圈上的電壓小於5V,而我們的繼電器線圈額定電壓為12V,那麼繼電器很可能不能正常工作。

接集電極上的好處

當繼電器接在集電極上時就可以解決這個問題,先上圖



I/O端口輸出5V電壓時,三極管開始工作,基極-發射極壓降約0.7V。由於發射極接地,所以基極電壓為0.7V左右,那麼三極管的基極電流就能很容易計算出來,只要參數選擇合理,三極管就可以工作在飽和區,其特性就像是一隻開關,集電極-發射極之間的壓降很小。這樣就可以使繼電器線圈上的壓降約等於12V,保證繼電器正常工作。

這就是兩者之間的差異。

口口木的筆記 於杭州 2019-1-31


口口木的筆記


根據提問者的意思,三極管做開關控制繼電器的時候,為什麼繼電器要接在三極管的集電極上,而不是接在發射極上。

這是因為根據三極管的特性有關,如下圖,無論是NPN還是PNP型的三極管使用時都是接在集電極上的。

三極管屬於小電流控制大電流的半導體元件,IC=β×IB。以NPN型三極管為例,基極有電流才能實現放大,UBE>死區電壓時(一般0.6V左右),基極才有電流。也就是說要實現三極管導通,基極-發射極要有一定的壓差,因為基極是控制端,所以發射極的電位固定,基極的電位才固定。容易實現控制,只要控制輸入端電位高於0.6V再加上限流電阻即可。

如下圖,若都接在三極管的發射極上,對於NPN的三極管,無論三極管是否導通,集電極(C)的電位為固定值VCC,而發射極(E)的電位不固定,三極管截止時為低電平(GND),當三極管完全導通時,電平約為VCC。要實現三極管導通UBE>0.6V,那控制端的電平多少合適呢?若輸入高電平VCC,當三極管截止時,E為零電位,三極管導通,導通之後E變為高電位(約VCC),三極管立馬截止,實現不了穩定的控制。

也不是說一定要接在集電極上,接在發射極上也是可以的。只是接在集電極上控制電路更方便。

如下圖繼電器是接在三極管的發射極上的,可以實現控制,但是要使用隔離電源控制,VCC2/GND2為隔離電源,與VCC1/GND1隔離。這樣就可以,當輸入為VCC2時,三極管導通,輸入為GND2時,三極管截止。

▲繼電器接在三極管發射極上可實現的控制方式


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NPN放下面,漏形,灌電流,甲類放大,驅動電壓大於0.7v即可驅動,不挑繼電器電壓。若放上面,12v繼電器就需要12.7v驅動電壓,大於多數控制電路的電壓。

PNP放上面,源型,漏電流(拉),不挑驅動電壓,下拉導通。放下面飽合後基極電壓會下降(發射極0.3v),容易出現誤動作。


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接在發射極雖然能工作,但三極管有可能工作在飽和區,對管子不好,也有可能出現意想不到的工作


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負載接在E極的叫射極輸出器,要求輸入電壓要高於負載的額定電壓,所以極少採用啊!


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匹配輸出阻抗。


大哥198118443


跟驅動電流有關係


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