电子基础篇5---三极管
三极管范围太大,种类太多,相关细节也太多。
总体来说三极管分为PNP NPN管子,这两种区别在于电流流向,控制电平不同。 三极管主要用于开关电路(基本被cmos顶替),控制电流(…),信号放大(基本被运放所顶替)。。。三极管电路特点就是可以控制很高速度的开关,相比于cmos和IGBT,缺点是损耗很大,不是一种可以应用于低功耗场合的器件。(相对体积,功耗下,三极管耐压不够高,功率无法做到足够大,自身原理造成的热功耗无法通过工艺改进,所以使用场合被一步步蚕食,特别是在大功率、高压场合,比如逆变器,电焊机,DC-DC等等)
对于NPN管子来说,基极使用高电平来驱动(其实是电流流向),其中下图1电流,暂称之为I1小环流,这个小环流通俗的将来打通I2大环流。I2=βI1,其中β就是增益。所以三极管作为电流放大性器件,基极和集电极电流相关性,导致有时候驱动负载过大的时候,需要较大的基极电流。
所以该种管子常用驱动电路如下图所示,其中R1位基极限流电阻,Ic=VCC/R1 负载连接在集电极上,所以负载电流I load = Ic * β 。其中R2电阻是下拉电阻,当输入端悬空,或者控制信号浮空输入的时候,依靠R2维持三极管关断状态。对于蜂鸣器,继电器等需要30MA左右的器件一般R1使用150-200欧姆。(三极管s8050 β典型值为160,但是很难控制,这个只是正态分布,你有可能拿得到β=45的管子),而R2一般选取为10K或者更大,其实这个对三极管应用电路来说不是特别的重要,但是在CMOS电路中,就显得很重要了,因为这个电阻可能直接关系到cmos的关断与打开。
另外这种管子的特性决定了,小环流1是基极对GND的,所以对于控制信号来说,要求并没有那么高,低压高压都可以完美实现三极管控制。所以推荐使用这个电路来做一些功率控制电路。(电流要根据三极管的驱动能力)
对于PNP管子来说,他和npn为一对管子,也常称为“对管”。通过观察发射极电流流向,可以发现与npn相反。下图使其典型应用图,可以发现,npn电流从集电极流入,发射极流出,而pnp则是电流从发射极流入,集电极流出(楼主小时候认为,集电极是不是厉害点,其实他们是等价的,只有基极比较特殊)。所以,下图基极驱动电阻仍然是150-200欧姆左右,这次要上拉电阻R19了。据图所示电流1是从发射极流向基极,电流2从发射极流向集电极(I2=β I1)。所以如果要关掉三极管,需要将基极电压调整到和发射极(VCC)一样,三极管才能被关掉。所以需要上拉电阻。当然这种电路就容易出问题了,比如常见的蜂鸣器、继电器控制,MCU的IO电平是3.3V,而继电器、蜂鸣器连接却是5V电压,那么即便IO输出高电平(3.3V),基极(3.3V)对于集电极(5V)仍然存在电压差,导致基极仍然有电流,所以蜂鸣器和继电器等并不能完全可靠的关闭。(典型管子 s8550)所以对于pnp这种应用一定要合理的设计电路,特别对于驱动不同电压场合。