高手經(jīng)驗(yàn)之開關(guān)三極管的一些使用誤區(qū)

數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，常常需要把數(shù)字信號(hào)經(jīng)過開關(guān)擴(kuò)流器件來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器、LED、繼電器等需要交大電流的器件，用得最多的就是三極管。然而在使用過程中，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，三極管就無法工作在正常開關(guān)狀態(tài)，無法達(dá)到預(yù)期效果。

如圖(a)所示，用NPN三極管，蜂鳴器連接到三極管的集電極，驅(qū)動(dòng)信號(hào)是常見的3.3V或者5V TTL電平，高電平導(dǎo)通，電阻按照經(jīng)驗(yàn)值取4.7KΩ，三極管導(dǎo)通時(shí)假設(shè)高電平為5v,基極電流為：

Ib=(5-0.7)V ÷4.7KΩ = 0.9mA

它可以使 三極管完全飽和。

如圖(b)所示，用NPN三極管，同樣把蜂鳴器連接到三極管集電極，不同的是 是還用的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是5V的TTL電平。

以上兩個(gè)電路都可以正常工作，只要PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)工作在合適的頻率下，蜂鳴器(有源)就會(huì)發(fā)出最大的聲音。

圖2和圖1對(duì)比，最大的區(qū)別就是被驅(qū)動(dòng)器件連接到了三極管的發(fā)射機(jī)。

如圖(c)所示，三極管導(dǎo)通時(shí)假設(shè)高電平是5V，基極電流為

Ib=(5-0.7-UL)V ÷4.7KΩ

其中，UL為被驅(qū)動(dòng)器件上的壓降?？梢钥闯觯瑯尤》e極電阻為4.7KΩ ，流過基極的電流會(huì)比圖1中的(a)電路電流要小，小多少需要看UL為多少：如果UL較大，那么相應(yīng)的Ib也就會(huì)很小，很有可能導(dǎo)致三極管無法工作在飽和狀態(tài)，使得驅(qū)動(dòng)器件無法動(dòng)作 。有人認(rèn)為把基極電阻調(diào)小就好了，可是被驅(qū)動(dòng)器件的壓降是很難獲知的，有些被驅(qū)動(dòng)器件的壓降是變動(dòng)的，這樣一來 ，基極電阻就很難選擇合適：阻值選的太大，會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)失敗 ; 阻值選擇太小，損耗又變大。所以，不在萬不得已的情況下，不建議用圖2的兩種電路。

如圖3，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為3.3V電平，而被驅(qū)動(dòng)器件導(dǎo)通電壓需要5V。在3.3V單片機(jī)電路中，若不小心，就容易設(shè)計(jì)出這兩種電路。

如圖(e)所示，這是典型的“發(fā)射極正偏，集電極反偏”的放大電路，或者叫做射極輸出器。當(dāng)PWM信號(hào)為3.3V時(shí)，三極管發(fā)射極電壓為3.3V-0.7V=2.6V，無法達(dá)到期望的5V。

如圖(f)所示，這是一個(gè)失敗的電路。首先，這個(gè)電路無法斷開，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM為3.3V高電平是，Ube=5V-3.3V = 1.7V 仍然可以使三極管導(dǎo)通，于是電路無法斷開。在這里，有人會(huì)說用過這個(gè)電路，他沒有問題，而且單片機(jī)的電壓也是3.3V。筆者個(gè)人認(rèn)為這個(gè)人用的是OD(開漏)驅(qū)動(dòng)方式，而且是真正的OD或者是5V可以容忍的OD，比如STM32的很多IO都可以設(shè)置為OD門驅(qū)動(dòng)方式，輸出高電平，信號(hào)就變成了高阻態(tài)，流過基極電流為0，三極管可以有效截止，這時(shí)候圖(f)依然有效。

綜上幾種電路，得到上圖兩種最優(yōu)電路。與圖(1)不同，圖(4)在基極和發(fā)射機(jī)之間增加了一個(gè)100KΩ的電阻，這個(gè)電阻有一定的作用，可以讓三極管有一個(gè)已知的默認(rèn)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)被除去的時(shí)候，三極管還處于截止?fàn)顟B(tài)。從安全性方面考慮，多加這個(gè)電阻還是很有必要的，或者說可以讓三極管工作在更好的開關(guān)狀態(tài)。

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