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兩個(gè)9014三極管簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)電路分析

2017年11月10日 16:23 未知 作者:伍文輝 用戶評(píng)論(0

  一、開(kāi)關(guān)電路1

  如下(圖.1)就是一個(gè)最基本的三極管開(kāi)關(guān)電路,NPN的基極需連接一個(gè)基極電阻(R2)、集電極上連接一個(gè)負(fù)載電阻(R1)

  首先我們要清楚當(dāng)三極管的基極沒(méi)有電流時(shí)候集電極也沒(méi)有電流,三極管處于截止?fàn)顟B(tài),即斷開(kāi);當(dāng)基極有電流時(shí)候?qū)?huì)導(dǎo)致集電極流過(guò)更大的放大電流,即進(jìn)入飽和狀態(tài),相當(dāng)于關(guān)閉。當(dāng)然基極要有一個(gè)符合要求的電壓輸入才能確保三極管進(jìn)入截止區(qū)與飽和區(qū)。

  兩個(gè)9014三極管簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)電路分析

  圖.1 NPN基本開(kāi)關(guān)電路

  二、開(kāi)關(guān)電路2

  指示器并聯(lián)在電話線路上,經(jīng)過(guò)D1~D4極性變換,給電路提供電源。當(dāng)電話線路無(wú)人使用時(shí),電話線路電壓為48V左右,48V電壓加在電阻R3、R4上,R4獲得的分壓大于0.7V,三極管T2飽和導(dǎo)通,T2導(dǎo)通是三極管T1失去偏置電壓,T1截止,LED不發(fā)光。說(shuō)明此時(shí)可以使用電話通話。當(dāng)有人在使用電話時(shí),電話線路電壓跌到9V左右,此時(shí)R4上分得的電壓不足使T2導(dǎo)通,T1通過(guò)電阻R2或得偏置電壓,T1導(dǎo)通,LED發(fā)光,指示有人正在使用電話,請(qǐng)暫時(shí)不要使用。

  兩個(gè)9014三極管簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)電路分析

  元件選擇及制作注意事項(xiàng):

  所有元件型號(hào)按照以上電路圖指明的選用,三極管選擇9014,要求放大倍數(shù)大于150,三極管的引腳見(jiàn)下圖:

  兩個(gè)9014三極管簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)電路分析

  三、開(kāi)關(guān)電路3

 ?。?)截止區(qū)、飽和區(qū)條件

  1、進(jìn)入截止區(qū)條件:上面提到了要使三級(jí)管進(jìn)入截止區(qū)的條件是當(dāng)基極沒(méi)有電流時(shí)候,但是在什么情況下能達(dá)到此要求呢?對(duì)硅三極管而言,其基極跟發(fā)射極接通的正向偏壓約為0.6V,因此欲使三極管截止,基極輸入電壓(Vin)必須低于0.6V,以使三極管的基極電流為零。通常在設(shè)計(jì)時(shí),為了令三極管必定處于截止?fàn)顟B(tài),往往使Vin值低于0.3V。當(dāng)然基極輸入電壓愈接近0V愈能保證三極管必處于截止?fàn)顟B(tài)。

  2、進(jìn)入飽和區(qū)條件:首先集電極要接一個(gè)負(fù)載電阻R1,基極要接一個(gè)基極電阻R2,如圖.1所示。欲將電流傳送到負(fù)載上,則三極管的集電極與發(fā)射極必須短路。因此必須使Vin達(dá)到足夠高的電位,以驅(qū)動(dòng)三極管進(jìn)入飽和工作區(qū)工作。三極管呈飽和狀態(tài)時(shí),集電極電流相當(dāng)大,幾乎使得整個(gè)電源電壓Vcc均跨在負(fù)載電阻上,如此則Vce便接近于0,而使三極管的集電極和發(fā)射極幾乎呈短路。在理想狀況下,根據(jù)歐姆定律,三極管呈飽和時(shí),1)集電極飽和電流應(yīng)該為: Ic(飽和)=Vcc/R1------------------(公式1)集電極飽和電流

  2)基極電流最少應(yīng)為:

  Ib(飽和)=Ic(sat)/β=Vcc/(β*R1)--------(公式2)基極飽和電流

  上式表達(dá)出了Ic和Ib之間的基本關(guān)系,式中的β值代表三極管的直流電流增益,對(duì)某些三極管而言,其交流β值和直流β值之間有著甚大的差異。欲使開(kāi)關(guān)閉合,則其Vin值必須夠高,以送出超過(guò)或等于(公式2)式所要求的最低基極電流。由于基極回路只是一個(gè)基極電阻、基極與發(fā)射極接面的串聯(lián)電路,故Vin可由下式來(lái)求解:

  3)基極輸入電壓Vin最少應(yīng)為:

  Vin=Ib(飽和)*R2 + 0.6V=====》Vin=(+0.6V*Vcc*R2)/(β*R1)----(公式3)基極飽和輸入電壓

  一旦基極電壓超過(guò)或等于(公式3)式所求得的數(shù)值,三極管便導(dǎo)通,即進(jìn)入飽和區(qū),使全部的供應(yīng)電壓均跨在負(fù)載電阻R1上,而完成了開(kāi)關(guān)的閉合動(dòng)作。

 ?。?)實(shí)例分析之用三極管做為燈泡開(kāi)關(guān)

  如下電路圖.2所示,燈泡的內(nèi)阻為16歐姆,基極串接電阻為1K,三極管的直流電流增益為150,現(xiàn)在我們要確定Vin的電壓為多少時(shí)候可以使三極管處于截止、飽和狀態(tài),即可以使燈泡點(diǎn)亮或者熄滅。

  兩個(gè)9014三極管簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)電路分析
圖.2

  1、燈泡熄滅

  只要Vin小于0.3V,此時(shí)三極管進(jìn)入截止區(qū),集電極沒(méi)有電流流過(guò),燈泡自然就熄滅了。

  2、燈泡點(diǎn)亮

  要使燈泡點(diǎn)亮,則三極管的集電極必須有電流流過(guò),即要進(jìn)入飽和區(qū)。根據(jù)公式可計(jì)算出:

  集電極的飽和電流為(根據(jù)公式1):Ic(飽和)=24V/16R=1.5A

  基極飽和電流為(根據(jù)公式2):Ib(飽和)=24V/(150*16)=10mA

  基極輸入電壓為(根據(jù)公式3):Vin=10mA*1K+0.6V=10.6V

  所以,當(dāng)Vin大于或等于10.6V時(shí)候,燈泡就會(huì)點(diǎn)亮;反之,當(dāng)Vin小于或等于0.3V時(shí)候,燈泡會(huì)熄滅。

  由此例子可以看出,欲利用三極管開(kāi)關(guān)來(lái)控制大到1.5A的負(fù)載電流的啟閉動(dòng)作,只須要利用甚小的控制電壓和電流即可。此外,三極管雖然流過(guò)大電流,卻不須要裝上散熱片,因?yàn)楫?dāng)負(fù)載電流流過(guò)時(shí),三極管呈飽和狀態(tài),其Vce趨近于零,所以其電流和電壓相乘的功率之非常小,根本不須要散熱片。

  (2)實(shí)例分析之用三極管做為電壓輸出開(kāi)關(guān)

  1、供電電壓Vcc=9V;Vin使用MCU的GPIO口控制,輸出電壓為:0V與3.3V;要求Vout的輸出電壓為4V/10mA。

  2、9014的技術(shù)參數(shù):

  集電極最大耗散功率PCM=0.4W(Tamb=25℃)

  集電極最大允許電流ICM=0.1A集電極基極擊穿電壓BVCBO=50V集電極發(fā)射極擊穿電壓BVCEO=45V發(fā)射極基極擊穿電壓BVEBO=5V

  基極發(fā)射極飽和壓降VBE(sat)=1V (IC=100mA; IB=5mA)

  β=150

  兩個(gè)9014三極管簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)電路分析

  圖.3

  3、計(jì)算集電極上的電阻(R1)的值 集電極最大允許電流ICM=0.1A,所以R1=Vcc/0.1A=9V/0.1A=90R,所以最小集電極的電阻為90R,我們不妨定R1的電阻為10K。所以我們?nèi)1=10K。由于Vout的電流輸出最大為10mA,為了留夠余量所以定為20mA或者30mA。現(xiàn)在我們定為20mA,R1的功率為PR1=20mA*4V=0.08W《1/8。最后我們就可以定R1為10K貼片電阻(1/8W)。4、計(jì)算負(fù)載電阻(R3的值) 當(dāng)Vin=0V時(shí)候,三極管截止,9014的集電極沒(méi)有電流流過(guò),Vout的值是由R1、R2這兩個(gè)電阻分壓得來(lái)的。根據(jù)分壓我們就可以算出R3的電阻值了:R3=(R1*Vout)/(Vcc-Vout)=(10K*4V)/(9V-4V)=8K由于8K電阻比較難買(mǎi)到,所以我們定一個(gè)較常見(jiàn)的8.2K,所以R3=8.2K貼片電阻(1/8W)。5、計(jì)算基極電阻(R2的值) 我們已經(jīng)知道了Vin的上限為3.3V,根據(jù)公式1、2、3就可以計(jì)算出R2的值了:R2=(Vin-Vbe)* β*R1/VCC=(3.3V-1V)*150*10K/9V=383K,最后定R2=370K/貼片電阻

  確定的參數(shù):R1=10K/0603 R2=370K/0603 R3=8.2K/0603測(cè)試結(jié)果: Vin=3.3V時(shí)候:測(cè)試Vbe=0.567V接近于0.6V,三極管已經(jīng)進(jìn)入飽和區(qū)。 萬(wàn)用表上顯示的是Vout為0.1V,實(shí)際上就是Vce=0.1V《《4V。 Vin=0V時(shí)候:萬(wàn)用表上顯示的是Vout為4.06V,即符合當(dāng)初設(shè)想的4V電壓輸出。

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