三極管用作開關(guān)管的實(shí)例計(jì)算(二)

上期介紹了三極管做的開關(guān)電路是如何計(jì)算的，但是學(xué)習(xí)三極管的相關(guān)知識就是為了設(shè)計(jì)電路，所以利用上述知識，就可以設(shè)計(jì)一個具體的應(yīng)用電路了。電路設(shè)計(jì)中，有一些基本模塊是不需要考慮就拿來用的，只是在不同應(yīng)用場合，確定一下電路模塊中的器件參數(shù)。所謂的電路設(shè)計(jì)，是建立在許多已有的電路模塊之上，并將它們有機(jī)地組合起來實(shí)現(xiàn)特定功能。所以，掌握了三極管開關(guān)的典型電路結(jié)構(gòu)之后，把它放大具體的應(yīng)用中，根據(jù)具體環(huán)境來修改、添加、刪減器件以滿足現(xiàn)實(shí)的需要。

關(guān)鍵詞：典型電路;

01實(shí)際應(yīng)用中常碰到的電路結(jié)構(gòu)

實(shí)際應(yīng)用中常用到的三極管設(shè)計(jì)實(shí)例：請為發(fā)光二極管設(shè)計(jì)一個三極管開關(guān)電路，已知發(fā)光二極管的正向壓降為Vp=1V、工作電流Iv=10mA，三極管開關(guān)電路的Vcc=Vin=5V。

根據(jù)任務(wù)的已知條件和三極管的開關(guān)的典型電路結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示，Vcc向負(fù)載提供工作電源，電流經(jīng)過負(fù)載Rl、三極管c-e極后回到GND。

圖 1-1 三極管開關(guān)典型電路

當(dāng)三極管開關(guān)閉合時，三極管因飽和Vce(sat)=0.2V，這樣負(fù)載Rl上電壓為5V-0.2V=4.8V，如果把負(fù)載Rl直接換成發(fā)光二極管是不行的，因?yàn)槿蝿?wù)中描述的發(fā)光二極管的正向壓降Vf=1V，說明發(fā)光二極管兩端電壓只有稍大于1V就可以工作了，4.8V的電壓大大超過了發(fā)光二極管的工作電壓，而有可能燒毀它，所以， 需要為發(fā)光二極管添加一個分壓模塊。

電阻串聯(lián)時分壓、并聯(lián)時分流，于是給發(fā)光二極管串聯(lián)上一個分壓電阻Rc，如圖1-2所示。

圖 1-2 控制發(fā)光二極管的三極管開關(guān)

如果Vin
=0V,三極管開關(guān)斷開，Ic=Iv=0,此時發(fā)光二極管不發(fā)光，自然沒有什么好研究的。 關(guān)鍵問題是當(dāng)Vin=5V時，三極管開關(guān)要閉合，Ic=100mA，如何確定圖1-2中分壓電阻Rc和電阻Rb的阻值才能讓發(fā)光二極管獲得適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷汉凸ぷ麟娐纺? 設(shè)計(jì)過程如下：

02三極管的選型

三極管時開關(guān)中的核心器件，首先應(yīng)該根據(jù)負(fù)載工作電流來確定三極管型號。 比如任務(wù)中工作電流Iv=10mA,三極管的c極允許通過的電流應(yīng)該高于這個電流，否則驅(qū)動無從談起。 由于本任務(wù)的電流較小，所以一般的小功率三極管如2N3904就可以勝任，所以確定選用2N3904.類似的，如果負(fù)載的工作電流為800mA，最好選用Ic=1A的三極管。 至于具體的型號，可以【立創(chuàng)官網(wǎng)】中搜索其器件的技術(shù)手冊。

圖 1-3 控制發(fā)光二極管的三極管開關(guān)

03計(jì)算分壓電阻

三極管開關(guān)的負(fù)載可以時發(fā)光二極管、蜂鳴器、電機(jī)等，不同負(fù)載有不同的工作電壓和工作電流。 為了讓負(fù)載在適當(dāng)?shù)臈l件下工作，一般都需要給負(fù)載串聯(lián)一個電阻，如圖1-3所示電路。

可以結(jié)合二極管工作電流Iv=10mA得：

可以求得集電極電阻Rc:

04計(jì)算基極電流Ib

基極電流Ib要保證能讓三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時直流增益hfe比三極管在放大區(qū)時要小的多，一般可取hfe=50，所以基極電流：

05計(jì)算基極電阻Rb

為了保護(hù)三極管的基極，通常會在基極上串聯(lián)一個電阻，如圖1-4所示的Rb：

圖 1-4 控制發(fā)光二極管的三極管開關(guān)

三極管飽和時，Vbe=0.7V，于是根據(jù)歐姆定律可得：

這樣就把圖1-4所示三極管開關(guān)中兩個電阻Rc和Rb的阻值都確定了，如果電路的參數(shù)發(fā)生了變化，如Vcc變?yōu)?2V或負(fù)載工作電壓、工作電流發(fā)生變化按照以上幾個步驟就可以設(shè)計(jì)出一個新的三極管開關(guān)來。

下一期介紹怎么用仿真軟件將設(shè)計(jì)的三極管開關(guān)仿真運(yùn)行起來!!