三極管驅動(dòng)電路及電平轉換分析-三極管作用有哪些-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2020-01-08
三極管，全稱(chēng)應為半導體三極管，也稱(chēng)雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。
三極管是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結，兩個(gè)PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發(fā)射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。
如上圖，左端接3.3VCMOS電平，可以是STM32、FPGA等的IO口，右端輸出為5V電平，實(shí)現3.3V到5V電平的轉換。
現在來(lái)分析下各個(gè)電阻的作用(抓住的核心思路是三極管的Vbe導通時(shí)為恒定值0.7V左右)：
假設沒(méi)有R87，則當US_CH0的高電平直接加在三極管的BE上，>0.7V的電壓要到哪里去呢？
假設沒(méi)有R91，當US_CH0電平狀態(tài)不確定時(shí)，默認是要Trig輸出高電平還是低電平呢?因此R91起到固定電平的作用。同時(shí)，如果無(wú)R91，則只要輸入>0.7V就導通三極管，門(mén)檻電壓太低了，R91有提升門(mén)檻電壓的作用(可參見(jiàn)第二小節關(guān)于蜂鳴器的分析)。
但是，加了R91又要注意了：R91如果太小，基極電壓近似。
只有Vb>0.7V時(shí)才能使US_CH0為高電平時(shí)導通，上圖的Vb=1.36V
假設沒(méi)有R83，當輸入US_CH0為高電平(三極管導通時(shí))，D5V0(5V高電平)直接加在三極管的CE級，而三極管的CE，三極管很容易就損壞了。
再進(jìn)一步分析其工作機理：
當輸入為高電平，三極管導通，輸出鉗制在三極管的Vce，對電路測試結果僅0.1V
當輸入為低電平，三極管不導通，輸出相當于對下一級電路的輸入使用10K電阻進(jìn)行上拉，實(shí)際測試結果為5.0V(空載)。
請注意：
對于大電流的負載，上面電路的特性將表現的不那么好，因此這里一直強調——該電路僅適用于10幾mA到幾十mA的負載的電平轉換。
上面是從周立功的iMX283開(kāi)發(fā)板上載下的電路，既可以是有源也可以是無(wú)源蜂鳴器。來(lái)分析下：
計算下各處的電流(S9013的β=120，設蜂鳴器電流15mA)：
輸入為高電平的門(mén)檻電壓計算為：
R1起到了提供啊門(mén)檻電壓的作用。
有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的驅動(dòng)電路區別主要在于無(wú)源蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續流二極管D1提供續流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì )有反向感應電動(dòng)勢，產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統的其它部分。而如果電路中工作電壓較大，要使用耐壓值較大的二極管，而如果電路工作頻率高，則要選用高速的二極管。
設計這種電路的基本思路：確定負載(蜂鳴器10mA~80mA)電流和輸入門(mén)檻電壓。依據1中的方法計算獲得R1與R2的值。
針對上面的驅動(dòng)電路：
1.負載接的是紅外二極管，其串聯(lián)電阻是限流電阻，控制紅外發(fā)射強度
2.輸入連接到STM32的PWM功能普通IO口(設置推挽輸出)，COM口接輸出電壓5V
針對上面的電路測試(Power=5.0V)：
1.輸入3.3V，輸出0.6V
2.輸入0V，輸出5.0V
3.輸入不接，輸出5.0V
所以，ULN2003/2803同樣可以用于電平轉換，那這是為什么呢?ULN2803/2003與三極管又有什么關(guān)系——其內部實(shí)現就是兩個(gè)三極管。
其結構有3個(gè)特點(diǎn)：
1.輸出集電極開(kāi)漏，因此可以自己接上拉電阻，將信號上拉到相應的電平，ULN2803手冊上說(shuō)明能承受的最大電壓為50V
2.數據手冊上說(shuō)明在Ic=250mA時(shí)的輸入門(mén)檻電壓為VI(on)=2.7V
3.COM端接有一個(gè)反向二極管：接到輸出電源，用于驅動(dòng)電機等負載電感器件時(shí)能在上下電時(shí)提供電流回路保護電路;輸出電壓高于COM端電壓，則電壓會(huì )鉗制在VCOM+0.4V左右(這里的二極管壓降較小)
ULN2003與ULN2803的區別僅在于ULN2003只有8個(gè)通道，而ULN2803有9個(gè)通道。
相對于前面的自己搭建的三極管電路，其具有更好的電流驅動(dòng)特性，因此，前面的自己搭建的三極管電路適用于電平切換及小電流的驅動(dòng)，而ULN2803及ULN2003適用于更大電流的驅動(dòng)(Datasheet上說(shuō)最大驅動(dòng)電流能達到500mA左右)。因此常用ULN2803及ULN2003(還有其它的如75452、MC1413、L293D)提高系統的帶負載能力(電機、大型LED、繼電器等)。
晶體三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱(chēng)為晶體三極管的電流放大倍數，用符號“β”表示。電流放大倍數對于某一只三極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)定值，但隨著(zhù)三極管工作時(shí)基極電流的變化也會(huì )有一定的改變。
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