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三极管开关电路限流电阻的选取

琦玉氏 2023-08-09 原文

用作开关时三极管的状态

三极管被用作开关时，应使其关闭时工作在截止区，此时几乎无电流通过，处于断电状态；开启时工作在饱和区，饱和区时三极管压降很小，相当于电路接通。
截止区

对于NPN三极管来说,截止即意味着Vbe（0.3V）小于Vth（约为1.2V），此时三极管集电极和发射极之间相当于是彻底断开，电阻为无穷大，所以此时电压全部在三极管上，且因为没有导通，所以无论是基极还是集电极和发射极都是没有电流的。
此时正对应着开关中的关闭状态，只要控制给基极施加的电压使Vbe小于Vth，便可以实现集电极和发射极的断开。
饱和区

对于NPN三极管来说，饱和意味着Vbe（3.3V）大于Vth（约为1.2V），并且当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，若三极管为理想三极管，ce导通电阻为0，则此时电压将全部施加在图中R1电阻上（R1可视为负载或者限流电阻），然而由于三极管实际上会存在ce导通电阻所以仍会存在一定压降。
理想状态下，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，就相当于一根导线，符合我们对开关的要求，所以在把三极管用作开关时要尽量让三极管处于该状态。

电路各处参数

计算合适的限流电阻时，要搞清楚一些关键的参数。

  • 开关电压，关闭时施加在基极和集电极的电压差Voff，开启时施加在基极和集电极的电压差Von
  • 电源电压Vcc
  • 三极管阈值电压Vth
  • 限流电阻R或者负载相关特性
  • Ic，Ib，Vce相关特性曲线

限流电阻计算

示例：如图VCC = 5V，三极管为我在立创商城上随便找的一个

大致求解电路图如下：

  • 假设使用MCU的IO口来进行控制，则可视为Voff = 0V，Von = 3.3V
  • 阈值电压可通过手册查到，根据三极管使用的环境，按照曲线图或者经验查找，注意留有一定裕量，有一些偏差也无妨，这里假设为Vth = 0.7V
  • Ic值由负载给出，或者假设它为深度饱和状态按理想状态进行计算，或者查三极管相应手册，查出当前环境下的ce导通电阻：方法即如本图，在 Ic，Ib，Vce相关特性曲线上画出R1的函数曲线（5 - Vce = Ie * R1），求出交点，然后读图即可得到相应参数，这里我们假设Ic = 0.45A
  • 为了实现深度饱和，即实现更加好的开关特性，则就需要按照上述Ic，Ib，Vce相关特性曲线调整Ib值，根据这个Ib值便可以确定基极限流电阻，经验上来说取Ic的十分之一即可，这样方便而且留有裕量（但经验有时会出错）
  • 得到Ib后，限流电阻R = （Von - Vth）/ Ib 便可得出限流电阻的最小值，同时还要考虑到IO口输出电流能力的问题，从而可得出限流电阻的最大值，应注意留有裕量，一般需求给个1-2K没啥太大问题（狗头，慎用）
流电三极xff0cxffxff0硬件工程学习

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