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三极管作为开关,是三极管工作于饱和区,以NPN型三极管为例(以下全部是)
如图所示:当Vin=0时,三极管b-e之间没有正向偏置,而截止,相当于断开状态,此时Vce=Vcc,c极电流Ic=0;
当三极管闭合(处于饱和区),负载Rc与三极管相当于串联,流经Rc的电流,通过欧姆定律可知,Ic=(Vcc-Vce)/Rc,(此时Ic为为饱和电流,即c极所能达到最大的电流,Vce为c极与e极的饱和电压,一般取0.2v),按照图中所示参数,此时可以计算得到Ic=9.8mA,又根据hFE(直流增益,一般三极管的手册会给出,这里面取值50)=Ic/Ib,所以可得Ib=196uA,又因为三极管导通的时候b极和e极间会有0.7v的压降,此时Rb上的电压为Vin-Vbe(b极与e极间的电压),假设Vin=5v,可以计算出Rb=(Vin-Vbe)/Ib=22kΩ;
以上运算过程可以说明,当Vin=5v,Rb=22kΩ,Vcc=10v时,三极管闭合,并能像Rc提供9.8mA的电流;当Vin=0时,三极管断开。
根据这些既可以设计以三极管为开关的电路了,比如说,用三极管为蜂鸣器设计个开关电路,假设蜂鸣器的正向压降为1v,工作电流为10mA,三极管的Vcc=Vin=5v;
首先可以确定三极管闭合时Vce=0.2v,一般负载都与三极管的c极相连,三极管闭合时负载就相当于与三极管串联,由此时Vcc=5v、Vce=0.2v,可以确定负载的上的电压为4.8v,而蜂鸣器的正常工作电压由条件可知只要比1v大一点就可以了,4.8v远远超过其工作电压,为防止其烧坏,需要添加分压模块,得到如图电路(图中用发光二级光代替蜂鸣器):
首先确定三极管,根据条件三极管的c极需要允许通过的电流要大于10mA,一般的小功率三极管2N3904就可以(具体三极管选型要看负载的工作电流),如果Vin=0v时,三极管断开蜂鸣器不工作;蜂鸣器正常工作需要三极管进去饱和区并且蜂鸣器两端电压为1v,工作电流为10mA,由于三极管进入饱和区,所以Vce=0.2v,则可以计算出Rc=(Vcc-1v-Vce)/10mA;
又根据hFE(直流增益)=Ic/Ib,则可以得到Ib=Ic/hFE;
得到Ib之后,又因为三极管处于导通状态,所以b极和e极之间的压降为0.7v,即Vbe=0.7,所以可得,Rb=(Vin-Vbe)/Ib;
这样就将Rb以及Rc的阻值确定出来,当Vin=5时蜂鸣器就正常工作了;
如果Vcc的值变了,用同样的方法计算,现在用三极管当开关控制发光二极管、蜂鸣器、电机、继电器。。。
上述是NPN型三极管,其实PNP型三极管也经常被用来当开关使用,只不过PNP型三极管是Vin是高电平三极管是断开,Vin低电平三极管是导通;
NPN型三极管电流是从c极流入e极流出,而PNP型的则是从e极流入,c极流出;
NPN型三极管是c极接负载并接Vcc,PNP型则是e极接Vcc,但是负载依旧接在c极;
如图所示是PNP型三极管控制发光二极管
这里就不详细推导了。
总体来说写的比较乱,如果发现不对的地方,欢迎大家留言指正,或者加qq1513781014,有什么不懂得地方也欢迎留言,或者加qq,一起交流学习
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