幾種三極管做開關(guān)的常用電路畫法
蜂鳴器是一種非常常用的電子元器件，廣泛用于各種電子設(shè)備中的聲音輸出。而三極管則是一種半導(dǎo)體器件，具有放大和開關(guān)等功能。通過(guò)三極管的開關(guān)狀態(tài)，可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生聲音。
二、三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的原理
首先，需要控制三極管的開關(guān)狀態(tài)。通過(guò)向基極輸入高電平信號(hào)，使得三極管導(dǎo)通，此時(shí)輸入電源能夠通過(guò)三極管流向負(fù)載電路。當(dāng)基極輸入低電平信號(hào)時(shí)，三極管截止，輸入電源無(wú)法通過(guò)三極管流向負(fù)載電路。
其次，需要產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)。通過(guò)控制三極管的開關(guān)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)高頻振蕩。具體而言，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，電容器C1充電，此時(shí)正極為基極，負(fù)極為發(fā)射極，同時(shí)電感L1儲(chǔ)存電荷，稱為電感儲(chǔ)能狀態(tài);當(dāng)三極管截止時(shí)，C1放電，此時(shí)正極為發(fā)射極，負(fù)極為基極，電感L1放電，此時(shí)為電感放電狀態(tài)。由于電感的自感性和電容器的電容性，導(dǎo)致C1放電過(guò)程中的電荷在電感中形成了一種周期性變化的電流，即高頻振蕩信號(hào)，在此信號(hào)的作用下，蜂鳴器可以發(fā)出聲音。
三、三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的實(shí)現(xiàn)
將電感L1、電容器C1、三極管Q1和蜂鳴器Buzzer按照?qǐng)D中連接即可實(shí)現(xiàn)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的電路。其中，電感L1一般選用直徑為5mm的磁芯電感。電容器C1一般選用100nF的陶瓷電容。三極管Q1可以采用9014或8050型號(hào)的普通P型三極管。蜂鳴器Buzzer則可以選擇DC5V或DC12V的蜂鳴器。
蜂鳴器是我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)中使用的 常見的一種預(yù)警發(fā)聲器件，我們常使三極管的工作于開關(guān)狀態(tài)來(lái)驅(qū)動(dòng)它。然而越簡(jiǎn)單的電路，很多人在設(shè)計(jì)時(shí)往往越容易忽略細(xì)節(jié)，導(dǎo)致實(shí)際電路中蜂鳴器不發(fā)聲、輕微發(fā)聲和亂發(fā)聲的情況發(fā)生。
我們?cè)跀?shù)字電路設(shè)計(jì)的中常常用三極管的開關(guān)特性把數(shù)字信號(hào)的“1”和“0”來(lái)轉(zhuǎn)化成實(shí)際電路中的“通”和“斷”，來(lái)驅(qū)動(dòng)一些蜂鳴器、數(shù)碼管、繼電器等需要較大電流的器件。然而在使用的過(guò)程中，如果不在意細(xì)節(jié)，三極管就可能無(wú)法工作在正常的開關(guān)狀態(tài)。 終無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，有時(shí)就是因?yàn)檫@些小小的錯(cuò)誤而導(dǎo)致重新打板，導(dǎo)致浪費(fèi)。
這里小編把自己使用三極管的一些經(jīng)驗(yàn)以及一些常見的誤區(qū)給大家分享一下，在電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以減少一些不必要的麻煩。我們來(lái)看幾個(gè)三極管做開關(guān)的常用電路畫法。蜂鳴器我們選擇了常用的蜂鳴器。
圖1
例：圖一中a電路中三極管我們選擇了2N3904三極管，2N3904是現(xiàn)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(qū)動(dòng)信號(hào)取5V，電阻按照經(jīng)驗(yàn)可以取4.7K。假設(shè)三極管放大倍數(shù)為100，蜂鳴器的工作電流為20mA，即Ic=20mA。Ib=Ic/β=0.2 mA。當(dāng)基極電流大于0.2 mA時(shí)，蜂鳴器均可正常發(fā)聲。a電路中的基極電流Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA，大于0.2 mA，可以使蜂鳴器正常發(fā)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(qū)動(dòng)信號(hào)是5VTTL電平。由于2N3906其他參數(shù)和2N3904基本一致，因此計(jì)算過(guò)程不再贅述。以上這兩個(gè)電路圖都可以正常工作。
圖2
圖二的兩個(gè)電路和圖一相比，把蜂鳴器接在了三極管的發(fā)射極。在c電路，假設(shè)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，那么相應(yīng)的Ib就小，很有可能Ib<0.2mA，Ic<20mA，無(wú)法驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。有人認(rèn)為把R3的阻值減小，Ib就可以變大，大于0.2 mA時(shí)，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(dòng)，這樣一來(lái)基極電阻阻值就很難選擇，阻值選擇太大就會(huì)驅(qū)動(dòng)失敗，選擇太小，損耗又變大。d電路也會(huì)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，所以不建議選用圖二的這兩種電路。
圖3
圖三這兩個(gè)電路，電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為3.3VTTL電平，常出現(xiàn)在3.3V的MCU電路設(shè)計(jì)中，如果不注意就很容易就設(shè)計(jì)出這兩種電路，而這兩種電路都是錯(cuò)誤的。
先分析e電路，這是典型的“發(fā)射極正偏，集電極反偏”的放大電路，或者叫射極輸出器。當(dāng)PWM信號(hào)為3.3V時(shí)，Ib=(3.3V-0.7V- UL)/4.7K，會(huì)出現(xiàn)和圖2中c電路中一樣的情況。
f電路也是一個(gè)很失敗的電路，首先這個(gè)電路導(dǎo)通是沒(méi)有問(wèn)題的，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為0V時(shí)，蜂鳴器可以正常動(dòng)作。然而這個(gè)電路是無(wú)法關(guān)斷的，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM為3.3V高電平的時(shí)候，Ube=5V-3.3V=1.7V, Ube>0.7V，三極管仍可以導(dǎo)通，于是蜂鳴器會(huì)一直響。那這個(gè)問(wèn)題有辦法解決嗎?有，如果你的MCU支持OD(開漏)驅(qū)動(dòng)方式，可以在開漏輸出后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(guān)斷了。
?三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器?是指利用三極管的開關(guān)特性來(lái)控制蜂鳴器的發(fā)聲。蜂鳴器是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào)的器件，常用于生成各種提示音，如按鍵音、報(bào)警音等。蜂鳴器可以分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器。有源蜂鳴器內(nèi)部自帶振蕩源，只需接上直流電壓即可持續(xù)發(fā)聲，而無(wú)源蜂鳴器則需要控制器提供振蕩脈沖才能發(fā)聲?1。
工作原理
當(dāng)三極管的基極接收到高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)Vcc電壓驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲;當(dāng)基極接收到低電平時(shí)，三極管同樣導(dǎo)通，Vcc電壓驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。三極管在這里起到開關(guān)作用，通過(guò)控制基極的電平來(lái)控制蜂鳴器的發(fā)聲?1。
電路設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)
在設(shè)計(jì)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的電路時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
?續(xù)流二極管?：蜂鳴器是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此需要一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流，以防止產(chǎn)生尖峰電壓損壞三極管和干擾其他電路部分?2。
?限流電阻?：限流電阻用于防止輸出電流過(guò)大，損壞三極管?2。
?下拉電阻?：基極下拉電阻用于確保三極管在電路關(guān)斷時(shí)能夠可靠地保持在關(guān)斷狀態(tài)，防止意外發(fā)聲?2。
實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景
三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器廣泛應(yīng)用于各種需要發(fā)聲提示的電子設(shè)備中，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備等。通過(guò)三極管的開關(guān)特性，可以有效地控制蜂鳴器的發(fā)聲，滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的需求?3。
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