这时候图(f)依然有效
发布时间:2019-06-07 14:18

  数字电路设计中,常常需要把数字信号经过开关扩流器件来驱动蜂鸣器、LED、继电器等需要交大电流的器件,用得最多的就是三极管。然而在使用过程中,如果设计不当,三极管就无法工作在正常开关状态,无法达到预期效果。

  如图(a)所示,用NPN三极管,蜂鸣器连接到三极管的集电极,驱动信号是常见的3.3V或者5V

  TTL电平,高电平导通,电阻按照经验值取4.7KΩ,三极管导通时假设高电平为5v,基极电流为:

  如图(b)所示,用NPN三极管,同样把蜂鸣器连接到三极管集电极,不同的是 是还用的驱动信号是5V的TTL电平。

  以上两个电路都可以正常工作,只要PWM驱动信号工作在合适的频率下,蜂鸣器(有源)就会发出最大的声音。

  其中,UL为被驱动器件上的压降。可以看出,同样取积极电阻为4.7KΩ ,流过基极的电流会比图1中的(a)电路电流要小,小多少需要看UL为多少:如果UL较大,那么相应的Ib也就会很小,很有可能导致三极管无法工作在饱和状态,使得驱动器件无法动作 。有人认为把基极电阻调小就好了,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 ,基极电阻就很难选择合适:阻值选的太大,会导致驱动失败 ; 阻值选择太小,损耗又变大。所以,不在万不得已的情况下,不建议用图2的两种电路。

  如图3,驱动信号为3.3V电平,而被驱动器件导通电压需要5V。在3.3V单片机电路中,若不小心,就容易设计出这两种电路。

  如图(e)所示,这是典型的“发射极正偏,集电极反偏”的放大电路,或者叫做射极输出器。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。

  如图(f)所示,这是一个失败的电路。首先,这个电路无法断开,当驱动信号PWM为3.3V高电平是,Ube=5V-3.3V = 1.7V 仍然可以使三极管导通,于是电路无法断开。在这里,有人会说用过这个电路,他没有问题,而且单片机的电压也是3.3V。笔者个人认为这个人用的是OD(开漏)驱动方式,而且是线V可以容忍的OD,比如STM32的很多IO都可以设置为OD门驱动方式,输出高电平,信号就变成了高阻态,流过基极电流为0,三极管可以有效截止,这时候图(f)依然有效。

  综上几种电路,得到上图两种最优电路。与图(1)不同,图(4)在基极和发射机之间增加了一个100KΩ的电阻,这个电阻有一定的作用,可以让三极管有一个已知的默认状态。当输入信号被除去的时候,三极管还处于截止状态。从安全性方面考虑,多加这个电阻还是很有必要的,或者说可以让三极管工作在更好的开关状态。