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  • 三極管三個工作區域與NPN三極管驅動LED電路圖
    • 發布時間:2021-08-02 17:56:09
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    三極管三個工作區域與NPN三極管驅動LED電路圖
    一、預備知識
    了解三極管的三個工作區域,截止區,放大區和飽和區。
    截止區:三極管工作在截止狀態,當發射結電壓U_{be}Ube?小于0.6~0.7V的導通電壓,發射結沒有導通,集電結處于反向偏置,沒有放大作用。(發射結和集電結都反偏)
    放大區:三極管的發射結加正向電壓(鍺管約為0.3V,硅管約為0.7V),集電結加反向電壓導通后,IbIb控制IcIc,IcIc與IbIb近似于線性關系,在基極加上一個小信號電流,引起集電極大的信號電流輸出。(發射結正偏,集電結反偏)
    飽和區:當三極管的集電結電流IcIc增大到一定程度時,再增大IbIb,IcIc也不會增大,超出了放大區,進入了飽和區。(發射結和集電結都正偏)
    二、問題描述
    問:如下是一個三極管開關電路,用來驅動LED,電源電壓5V,LED1的正向壓降是1V,驅動電流20mA,所以R2為200Ω,B極驅動信號是MCU的一個GPIO,高電平輸出2.8V,低電平輸出0V,求R1的阻值?
    三極管驅動LED電路
    NPN三極管驅動LED電路圖
    三、如何解決
    1. 解法1
    題目中沒有指定三極管型號,可選數字三極管,數字三極管也稱帶阻三極管,顧名思義,內部自帶電阻,常用來做電子開關,功能等同反相器。
    三極管驅動LED電路
    數字三極管功能電路圖
    下圖是DTC123YM型號數字三極管電氣參數,開啟電壓,最大不超過3V,輸入2.8V符合要求;關閉電壓最小是0.3V,我們MCU GPIO低電平輸出是0V,符合要求。R1不用計算,選擇0R,充當導線即可。
    為什么選擇數字三極管?
    使用簡單,不用考慮基極電阻大小。
    近似開關,導通壓降極低,下圖中典型值僅0.1V,最大是0.3V。
    三極管驅動LED電路
    DTC123YM電氣特性
    2. 解法2
    使用一般的三極管,如常見的S8050,LED關閉的時候,S8050工作在截止狀態,LED亮的時候,S8050工作在什么狀態呢?從S8050的輸出特性曲線來看,應該是飽和區,飽和區VceVce的值比較小,開關電路當然需要開關兩端的壓差越小越好。
    LED的驅動電流為I_C=20mAIC?=20mA,I_C=20mAIC?=20mA時,從下圖可以看出,I_B=85uAIB?=85uA左右,排除飽和壓降,可計算R1=(2.8-0.7)/85uA=24.7KR1=(2.8−0.7)/85uA=24.7K
    三極管驅動LED電路
    S8050輸出特性曲線
    根據以上計算,有三個誤差:
    第1個是電阻誤差,電阻有5%精度和1%精度;
    第2個是集電結開啟電壓的誤差,不一定是0.7V;
    第3個是飽和壓降,沒有計算進去;
    對驅動不同器件來說:
    驅動LED:電流越大,LED越亮,但是不能超過最大值,否則LED會損壞或壽命驟減。
    驅動繼電器:根據線圈內阻和電源電壓可計算出驅動電流,依照電流設計即可,網上會有經驗公式,為了繼電器的有效吸合,會將基極電阻減小一倍,來達到有效吸合,實際運用中,如果有條件,可以實際測試。
    四、小結一下
    從解法1和解法2,明顯可以得出,解法1更方便,選擇一個合適的數字三極管即可,不用考慮基極電阻。解法2可以理論與實踐相結合,需要考慮的點比較多,相對比較復雜一點,推薦使用數字三極管。
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