查看: 1501|回复: 6

[经验] 每日一练7.22#开关三极管在电路设计中正确的打开方式

[复制链接]

该用户从未签到

发表于 2020-7-22 10:01:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
分享到:
  为鼓励大家动手动脑,早日成为技术大牛。电路城论坛现在推出#每日一练#栏目,由版块版主出题及提供答案,内容涉及电源,射频,单片机等各种技术话题。我们会在周一至周五的早上10:30更新问题和前天问题的解题思路及答案。欢迎大家参与。

本期内容来源于:



       Casper.T,电子与通信工程专业,在读硕士,对模拟通信,智能电子设计以及FPGA图像处理和加速器有丰富的设计经验。现主要从事电子信息技术运营方面的工作。




  在数字电路设计的中,往往需要把数字信号经过开关扩流器件来驱动一些蜂鸣器、LED、继电器等需要较大电流的器件,用得最多的开关扩流器件要数三极管。然而在使用的过程中,如果电路设计不当,三极管无法工作在正常的开关状态,就达不到预期的目的,有时就是因为这些小小的错误而导致重新打板,导致浪费。
  下面来看几个三极管做开关的常用电路画法。几个例子都是蜂鸣器作为被驱动器件。
微信图片_20200722095433.jpg


  图一的a 电路用的是NPN管,注意蜂鸣器接在三极管的集电极,驱动信号可以是常见的3.3V或者5VTTL,高电平开通,电阻按照经验法可以取4.7K。
  例如a电路,开通时假设为高电平5V,基极电流Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA,可以使三极管完全饱和。b 电路用的是PNP管,同样把蜂鸣器接在三极管的集电极,不同的是驱动信号是5V的TTL电平。
以上这两个都可以正常工作,只要PWM驱动信号工作在合适的频率,蜂鸣器(有源)都会发出最大的声音。

微信图片_20200722095457.jpg



  图二的这两个电路相比图一来说,最大的区别在于被驱动器件接在三极管的发射极。同样看c电路,开通时假设为高电平5V,基极电流Ib=(5V-0.7V-UL)/4.7K,其中UL为被驱动器件上的压降。可以看到,同样取基极电阻为4.7K,流过的基极电流会比图一a电路的要小,小多少要看UL是多少。如果UL比较大,那么相应的Ib就小,很有可能导致三极管无法工作在饱和状态,使得被驱动器件无法动作。
  有人会说把基极电阻减小就可以了呀,可是被驱动器件的压降是很难获知的,有些被驱动器件的压降是变动的,这样一来基极电阻就较难选择合适的值,阻值选择太大就会驱动失败,选择太小,损耗又变大。所以,在非不得已的情况下,不建议选用图二的这两种电路。
微信图片_20200722095715.jpg


  我们再来看图三这两个电路。驱动信号为3.3VTTL电平,而被驱动器件开通电压需要5V。在3.3V的MCU电路中,不小心的话很容易就设计出这两种电路,而这两种电路都是错误的。先分析e电路,这是典型的“发射极正偏,集电极反偏”的放大电路,或者叫射极输出器。当PWM信号为3.3V时,三极管发射极电压为3.3V-0.7V = 2.6V,无法达到期望的5V。图三f电路也是一个很失败的电路,首先这个电路开通是没有问题的,当驱动信号为低电平时,被驱动器件可以正常动作。然而这个电路是无法关断的,当驱动信号PWM为3.3V高电平的时候,Ube = 5V - 3.3V = 1.7V仍然可以使三极管开通,于是无法关断。在这里,有人会说用过这个电路,没有问题啊,而且MCU的电压也是3.3V。我说你用的肯定是OD(开漏)驱动方式,而且是真正的OD或者是5V容忍的OD,比如STM32的很多IO口都可以设置为5V容忍的OD驱动方式(但是有些是不行的)。当驱动信号为OD门驱动方式时,输出高电平,信号就变成了高阻态,流过基极的电流为零,三极管可以有效关断,这个时候f电路依然有效。

问:综合以上电路的分析,给出你认为最优的驱动电路吧?


答:
游客,如果您要查看本帖隐藏内容请回复


参与讨论,即可快速获取以下几本电源书籍(电子版)

想成为论坛版主?想在#每日一练#展现你的技术才华?请联系工程师小助手Q:2740521371或邮箱:yanfen.mo@supplyframe.cncaihong.xiao@supplyframe.cn





回复

使用道具 举报

该用户从未签到

发表于 2020-7-27 09:32:18 | 显示全部楼层
每日打开,多谢分析
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 注册/登录

本版积分规则

关闭

站长推荐上一条 /2 下一条

手机版|小黑屋|与非网

GMT+8, 2024-3-29 14:23 , Processed in 0.181324 second(s), 28 queries , MemCache On.

ICP经营许可证 苏B2-20140176  苏ICP备14012660号-2   苏州灵动帧格网络科技有限公司 版权所有.

苏公网安备 32059002001037号

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2020, Tencent Cloud.