三極管知識解析-三極管在單片機中的應用圖解

三極管在數字電路里的開(kāi)關(guān)特性，最常見(jiàn)的應用有 2 個(gè)：一個(gè)是控制應用，一個(gè)是驅動(dòng)應用。所謂的控制就是如圖 3-7 里邊介紹的，我們可以通過(guò)單片機控制三極管的基極來(lái)間接控制后邊的小燈的亮滅，用法大家基本熟悉了。還有一個(gè)控制就是進(jìn)行不同電壓之間的轉換控制，比如我們的單片機是 5V 系統，它現在要跟一個(gè) 12V 的系統對接，如果 IO 直接接 12V電壓就會(huì )燒壞單片機，所以我們加一個(gè)三極管，三極管的工作電壓高于單片機的 IO 口電壓，用 5V 的 IO 口來(lái)控制 12V 的電路，如圖 3-8 所示。

圖1 三極管實(shí)現電壓轉換

圖 3-8 中，當 IO 口輸出高電平 5V 時(shí)，三極管導通，OUT 輸出低電平 0V，當 IO 口輸出低電平時(shí)，三極管截止，OUT 則由于上拉電阻 R2 的作用而輸出 12V 的高電平，這樣就實(shí)現了低電壓控制高電壓的工作原理。

所謂的驅動(dòng)，主要是指電流輸出能力。我們再來(lái)看如圖 3-9 中兩個(gè)電路之間的對比。

圖2 LED 小燈控制方式對比

圖 3-9 中上邊的 LED 燈，和我們第二課講過(guò)的 LED 燈是一樣的，當 IO 口是高電平時(shí)，小燈熄滅，當 IO 口是低電平時(shí)，小燈點(diǎn)亮。那么下邊的電路呢，按照這種推理，IO 口是高電平的時(shí)候，應該有電流流過(guò)并且點(diǎn)亮小燈，但實(shí)際上卻并非這么簡(jiǎn)單。

單片機主要是個(gè)控制器件，具備四兩撥千斤的特點(diǎn)。就如同杠桿必須有一個(gè)支點(diǎn)一樣，想要撐起整個(gè)地球必須有力量承受的支點(diǎn)。單片機的 IO 口可以輸出一個(gè)高電平，但是他的輸出電流卻很有限，普通 IO 口輸出高電平的時(shí)候，大概只有幾十到幾百 uA 的電流，達不到1mA，也就點(diǎn)不亮這個(gè) LED 小燈或者是亮度很低，這個(gè)時(shí)候如果我們想用高電平點(diǎn)亮 LED，就可以用上三極管來(lái)處理了，我們板上的這種三極管型號，可以通過(guò) 500mA 的電流，有的三極管通過(guò)的電流還更大一些，如圖 3-10 所示。

圖3 三極管驅動(dòng) LED 小燈

圖 3-10 中，當 IO 口是高電平，三極管導通，因為三極管的電流放大作用，c 極電流就可以達到 mA 以上了，就可以成功點(diǎn)亮 LED 小燈。

雖然我們用了 IO 口的低電平可以直接點(diǎn)亮 LED，但是單片機的 IO 口作為低電平，輸入電流就可以很大嗎？這個(gè)我想大家都能猜出來(lái)，當然不可以。單片機的 IO 口電流承受能力，不同型號不完全一樣，就 STC89C52 來(lái)說(shuō)，官方手冊的 81 頁(yè)有對電氣特性的介紹，整個(gè)單片機的工作電流，不要超過(guò) 50mA，單個(gè) IO 口總電流不要超過(guò) 6mA。即使一些增強型 51 的IO 口承受電流大一點(diǎn)，可以到 25mA，但是還要受到總電流 50mA 的限制。那我們來(lái)看電路圖的 8 個(gè) LED 小燈這部分電路，如圖 3-11 所示。

圖4 LED 電路圖（一）

這里我們要學(xué)會(huì )看電路圖的一個(gè)知識點(diǎn)，電路圖右側所有的 LED 下側的線(xiàn)最終都連到一根黑色的粗線(xiàn)上去了，大家注意，這個(gè)地方不是實(shí)際的完全連到一起，而是一種總線(xiàn)的畫(huà)法，畫(huà)了這種線(xiàn)以后，表示這是個(gè)總線(xiàn)結構。而所有的名字一樣的節點(diǎn)是一一對應的連接到一起，其他名字不一樣的，是不連在一起的。比如左側的 DB0 和右側的最右邊的 LED2 小燈下邊的DB0 是連在一起的，而和 DB1 等其他線(xiàn)不是連在一起的。

那么我們把圖 3-11 中現在需要講解的這部分單獨摘出來(lái)看，如圖 3-12 所示。

圖5 LED 電路圖（二）

現在我們通過(guò) 3-12 的電路圖來(lái)計算一下，5V 的電壓減去 LED 本身的壓降，減掉三極管e 和 c 之間的壓降，限流電阻用的是 330 歐，那么每條支路的電流大概是 8mA，那么 8 路 LED如果全部同時(shí)點(diǎn)亮的話(huà)電流總和就是 64mA。這樣如果直接接到單片機的 IO 口，那單片機肯定是承受不了的，即使短時(shí)間可以承受，長(cháng)時(shí)間工作就會(huì )不穩定，甚至導致單片機燒毀。

有的同學(xué)會(huì )提出來(lái)可以加大限流電阻的方式來(lái)降低這個(gè)電流。比如改到 1K，那么電流不到 3mA，8 路總的電流就是 20mA 左右。首先，降低電流會(huì )導致 LED 小燈亮度變暗，小燈的亮度可能關(guān)系還不大，但因為我們同樣的電路接了數碼管，后邊我們要講數碼管還要動(dòng)態(tài)顯示，如果數碼管亮度不夠的話(huà)，那視覺(jué)效果就會(huì )很差，所以降低電流的方法并不可取。其次，對于單片機來(lái)說(shuō)，他主要是起到控制作用，電流輸入和輸出的能力相對較弱，P0 的 8 個(gè)口總電流也有一定限制，所以如果接一兩個(gè) LED 小燈觀(guān)察，可以勉強直接用單片機的 IO 口來(lái)接，但是接多個(gè)小燈，從實(shí)際工程的角度去考慮，就不推薦直接接 IO 口了。那么我們如果要用單片機控制多個(gè) LED 小燈該怎么辦呢？

除了三極管之外，其實(shí)還有一些驅動(dòng) IC，這些驅動(dòng) IC 可以作為單片機的緩沖器，僅僅是電流驅動(dòng)緩沖，不起到任何邏輯控制的效果，比如我們板子上用的 74HC245 這個(gè)芯片，這個(gè)芯片在邏輯上起不到什么別的作用，就是當做電流緩沖器的，我們通過(guò)查看其數據手冊，74HC245 穩定工作在 70mA 電流是沒(méi)有問(wèn)題的，比單片機的 8 個(gè) IO 口大多了，所以我們可以把他接在小燈和 IO 口之間做緩沖，如圖 3-13 所示。

圖6 74HC245功能圖

從圖 3-13 我們來(lái)分析，其中 VCC 和 GND 就不用多說(shuō)了，細心的同學(xué)會(huì )發(fā)現這里有個(gè)0.1uF 的去耦電容哦。

74HC245 是個(gè)雙向緩沖器，1 引腳 DIR 是方向引腳，當這個(gè)引腳接高電平的時(shí)候，右側所有的 B 編號的電壓都等于左側 A 編號對應的電壓。比如 A1 是高電平，那么 B1 就是高電平，A2 是低電平，B2 就是低電平等等。如果 DIR 引腳接低電平，得到的效果是左側 A 編號的電壓都會(huì )等于右側 B 編號對應的電壓。因為我們這個(gè)地方控制端是左側接的是 P0 口，我們要求 B 等于 A 的狀態(tài)，所以 1 腳我們直接接的 5V 電源，即高電平。圖 3-13 中還有一排電阻 R10 到 R17 是上拉電阻，這個(gè)電阻的用法我們在后邊介紹。

還有最后一個(gè)使能引腳 19 腳 OE，叫做輸出使能，這個(gè)引腳上邊有一橫，表明是低電平有效，當接了低電平后，74HC245 就會(huì )按照剛才上邊說(shuō)的起到雙向緩沖器的作用，如果 OE接了高電平，那么無(wú)論 DIR 怎么接，A 和 B 的引腳是沒(méi)有關(guān)系的，也就是 74HC245 功能不能實(shí)現出來(lái)。

從下面的圖 3-14 可以看出來(lái)，單片機的 P0 口和 74HC245 的 A 端是直接接起來(lái)的。這個(gè)地方，有個(gè)別同學(xué)有個(gè)疑問(wèn)，就是我們明明在電源 VCC 那地方加了一個(gè)三極管驅動(dòng)了，為何還要再加 245 驅動(dòng)芯片呢。這里大家要理解一個(gè)道理，電路上從正極經(jīng)過(guò)器件到地，首先必須有電流才能正常工作，電路中任何一個(gè)位置斷開(kāi)，都不會(huì )有電流，器件也就不會(huì )參與工作了。其次，和水流一個(gè)道理，從電源正極到負極的電流水管的粗細都要滿(mǎn)足要求，任何一個(gè)位置的管子過(guò)細，都會(huì )出現瓶頸效應，電流在整個(gè)通路中細管處會(huì )受到限制而降低，所以在電路通路的每個(gè)位置上，都要保證通道足夠暢通，這個(gè) 74HC245 的作用就是消除單片機IO 這一環(huán)節的瓶頸。

圖7 單片機與 74HC245 的連接

聯(lián)系方式：鄒先生

聯(lián)系電話(huà)：0755-83888366-8022

手機：18123972950

QQ：2880195519

聯(lián)系地址：深圳市福田區車(chē)公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1

請搜微信公眾號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關(guān)注”官方微信公眾號

請“關(guān)注”官方微信公眾號:提供 MOS管 技術(shù)幫助