三極管分析與功能電路設(shè)計(jì)之 N管在電路中的開關(guān)應(yīng)用

N 管在電路中的開關(guān)應(yīng)用

我們先講解下Ｎ管。如圖1所示，如果三極管工作在飽和區(qū)（完全導(dǎo)通），Rce≈0，Vce≈0.3V，且這個(gè)0.3V我們就認(rèn)為它直接接地了，那么就需要讓Ib大于等于1mA，若Ib=1mA, Ic=100mA，它的放大倍數(shù)β=100，三極管完全導(dǎo)通。所以，我們說IB是一個(gè)弱電流弱信號(hào)，IC是個(gè)強(qiáng)電流強(qiáng)信號(hào)。

我們之所以要使用三極管作為開關(guān)管用，這是為解決一些器件、傳感器通過的電流值很小，一般不將它們直接作為公立器件串在負(fù)載中的，而只是作為一個(gè)開關(guān)量信號(hào)來控制負(fù)載的打開和關(guān)斷。比如，溫控開關(guān)，這個(gè)在《熱水循環(huán)泵》項(xiàng)目中有介紹過，它一般通上小于5mA的電流，所以不適合接到電路中直接控制電路中的負(fù)載。將這類器件接在N管的B極上，N管就能夠作為一個(gè)開關(guān)管使用。

我們現(xiàn)在來分析圖2溫度開關(guān)控制馬達(dá)電路：

圖2是溫度開關(guān)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)和停的電路圖，溫度開關(guān)相當(dāng)于一個(gè)按鍵開關(guān)。溫度開關(guān)它是一個(gè)弱信號(hào)的，它可以串在B極上，它不能串在IC 上。在B極串個(gè)開關(guān)，N管就能夠做個(gè)開關(guān)管使用。圖2中的馬達(dá)是一個(gè)直流有刷馬達(dá)，只要正極接通12V，負(fù)極接地，馬達(dá)就開始轉(zhuǎn)。

電路的分析中三要素

在上一節(jié)我們講過，電路的分析關(guān)鍵要抓住三要素：源、地、回路！

在這個(gè)電路也是一樣，從圖2中可以看出一共有4個(gè)回路。首先，當(dāng)溫度開關(guān)導(dǎo)通，回路I流過的電流的為

三極管CE完全導(dǎo)通，Vce ? 0.3V，這時(shí)候，馬達(dá)兩端的電壓壓降接近 12V,它就能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的，因?yàn)槿龢O管be的導(dǎo)通后阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2K電阻R2，所以電流大部分流過三極管；當(dāng)溫度開關(guān)斷開，那么這個(gè)時(shí)候，ib 上就沒有電流，ic 上也沒有電流，回路II不導(dǎo)通，12V的電壓就不能夠經(jīng)過這上面流過。這是因?yàn)槿龢O管是流控流型的，只有ib上有電流，ic 在有壓降上才會(huì)有電流。

由于溫度開關(guān)在關(guān)斷的瞬間，三級(jí)管ib、ic上的電流并不能夠一下子降到零，而是慢慢降到零，這是制造工藝必然存在的，在這段時(shí)間，三極管是工作在放大區(qū)，是最容易受到干擾。因此需要接個(gè)下拉電阻R2，這個(gè)電阻一是給三極管提供了個(gè)放電回路，二是為點(diǎn)A提供一個(gè)能量分散的通路。我們現(xiàn)在來具體分析為什么這里需要接個(gè)下拉電阻。首先如圖3所示三極管實(shí)際工藝制造模型，三極管BE、BC、CE之間分別有電容C1、C2、C3。這三個(gè)電容的存在一方面是我們不需要的，另一方面，又是工藝中無法避免克服的，是制造工藝過程中必然存在的現(xiàn)象。我們把這種電容一般稱之為雜散電容，或者說是寄生電容。

由于有電容的存在，三極管勢(shì)必有延時(shí)。當(dāng)ib上沒有電流時(shí)，三極管上電容C1開始放電，形成回路I,這個(gè)時(shí)候B點(diǎn)的電壓從0.7V降到0V，工作在放大區(qū)，最容易受到干擾，現(xiàn)在在C1兩端加個(gè)電阻R2，電容上的電一部分就會(huì)從電阻R2上釋放掉，并且電阻阻值越小，電容放電越快。因此，電阻R2給電容提供了一個(gè)通路釋放電荷，大大減短了三極管工作在放大區(qū)的時(shí)間。

然后我們?cè)賮矸治?，為什么說電阻 R2 為點(diǎn)A提供了一個(gè)能量分散通路。如圖2所示，溫度開關(guān)斷開時(shí)，此時(shí)點(diǎn)A是懸空的，A點(diǎn)電壓不確定，為高阻態(tài)（阻抗無窮大），容易出現(xiàn)誤導(dǎo)通的現(xiàn)象，而且也容易受到周圍環(huán)境干擾，比如靜電、雷擊等使器件永久損壞。當(dāng)使用環(huán)境出現(xiàn)雷擊，高壓靜電等情況，在點(diǎn)A下拉一個(gè)電阻接到地，大部分電流就會(huì)順著電阻流入地，給能量提供一個(gè)分散通路。如果沒有接這個(gè)電阻，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，由于A點(diǎn)左邊阻抗無窮大，A點(diǎn)右邊接三極管，阻抗相對(duì)左邊來說是有限的、低的，因此電流會(huì)全部往阻抗低的方向跑，流入三極管，造成電流過大，把這器件永久性損壞。

一般情況下，也即經(jīng)驗(yàn)用法，這個(gè)電阻為2K。既要兼顧功耗，又要考慮電容放電。

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責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：【連載】10年+硬件大牛帶你玩轉(zhuǎn)三極管分析與功能電路設(shè)計(jì)（二）

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