单片机应用电路中的三极管使用
0 2022-12-07

在单片机应用电路中三极管主要的作用就是开关作用。

PNP与NPN两种三极管使用方法

上图中,横向左侧的引脚叫做基极b,有一个箭头的是发射极e,剩下的一个引脚就是集电极 c。

首先来说一下NPN型,这种型号的三极管在用于开关状态时,大都是发射极接地,集电极接高电平,基极接控制信号。

其次对于PNP型的三极管,用于开关状态时,一般都是发射极接高电平,基极接控制信号。三极管导通时,电流从发射极流向集电极。

三极管的开关原理

三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。

放大状态主要应用于模拟电路中,且用法和计算方法也比较复杂,我们暂时用不到。

而数字电路主要使用的是三极管的开关特性,只用到了截止与饱和两种状态。

三极管的用法特点,关键点在于 b 极(基极)和 e 级(发射极)之间的电压情况,对于PNP 而言,e 极电压只要高于 b 级 0.7V 以上,这个三极管 e 级和 c 级之间就可以顺利导通。

同理,NPN 型三极管的导通条件是 b 极比 e 极电压高 0.7V。

总之是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。

以上图PNP三极管为例,基极通过一个 10K 的电阻接到了单片机的一个 IO口上,假定是 P1.0,发射极直接接到 5V 的电源上,集电极接了一个 LED 小灯,并且串联了一个 1K 的限流电阻最终接到了电源负极 GND 上。

如果 P1.0 由我们的程序给一个高电平 1,那么e到 b 不会产生一个 0.7V 的压降,这个时候,发射极和集电极也就不会导通,那么竖着看这个电路在三极管处是断开的,没有电流通过,LED2 小灯也就不会亮。

如果程序给 P1.0 一个低电平 0,这时 e 极还是 5V,于是 e 和 b 之间产生了压差,三极管 e 和 b 之间也就导通了,三极管 e 和 b 之间大概有 0.7V 的压降,那还有(5-0.7)V 的电压会在电阻 R47 上。这个时候,e 和 c 之间也会导通了,那么 LED 小灯本身有 2V 的压降,三极管本身 e 和 c 之间大概有 0.2V的压降,我们忽略不计。那么在 R41 上就会有大概 3V 的压降,可以计算出来,这条支路的电流大概是 3mA,可以成功点亮 LED。

三极管饱和状态

最后一个概念,电流控制。前边讲过,三极管有截止,放大,饱和三个状态。我们要让这个三极管处于饱和状态,就是我们所谓的开关特性,必须要满足一个条件。三极管都有一个放大倍数β,要想处于饱和状态,b 极电流就必须大于 e 和 c 之间电流值除以β。这个β,对于常用的三极管大概可以认为是 100。

那么上边的 R47 的阻值我们必须要来计算一下了。刚才我们算过了,e 和 c 之间的电流是 3mA,那么 b 极电流最小就是 3mA 除以 100 等于30uA,大概有 4.3V 电压会落在基极电阻上,那么基极电阻最大值就是 4.3V/30uA = 143K。电阻值只要比这个值小就可以,当然也不能太小,太小会导致单片机的 IO 口电流过大烧坏三极管或者单片机。



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