三极管开关电路参数设计与参数介绍
三极管基本是电路上用到的元器件,电子相关专业的同学在大学会学到模拟电路的课程,其中就有专门的章节介绍了三极管的特性,使用方法。
接下来我使用一个具体的三极管型号(PMBT3904)来介绍其参数,并进行电路设计,相关参数的计算。
一、三极管参数介绍
1.直流电流增益
这个可以说是三极管最最重要的参数了,直接决定了其放大倍数。
相同的Vce情况下,不同的Ib都会有不同的IC,即放大倍数是变化的,需要根据实际情况设计好参数。
2.Vcesat(Vce饱和电压)
这个参数代表了Vce在电路的压降,从规格书来看,不同的电流压降是不一样的。
一般来说这个压降不会很大,但是设计电路心中一定要有数。
3.IC MAX
设计过程中,要确认好三极管IC MAX,设计留有余量:
比如此IC MAX就是200mA,设计流过的电流不能超过这个数值。
4.确认好VCE MAX:
接入三极管CE之间的电压不能超过这个数值,否则三极管会损坏。
综上,我们知道PMBT3904三极管的几个重要参数:
1.VCEO: 40V
2.IC MAX: 200mA
3.hFE: 100-300
4.VCEsat:200mV-300mV
二、三极管开关电路控制LED
在这个设计中,需要使用一个三极管来控制LED的亮灭,因为单靠单片机的GPIO是无法驱动LED的,三极管在这里充当开关的作用。那电路究竟如何设计?其实非常简单。
假设选用一颗NPN型的三极管,这里以PMBT3904来设计,则当给B极施加电压超过约0.7V,电流超过一定值时,三极管的CE极导通,Ib与导通大小的关系是:Ib*β=Ic。β就是三极管的放大倍数。
Rb计算(基极电阻)
假设供电是3.3V,LED导通时候的电流为10mA,压降为2V。我们取β=100,那么Ic=10mA,可以算出Ib=Ic/β=10mA/100=100uA。
而Rb=(3.3V-0.7V)/Ib=2.6V/100uA=26K。意味着,让三极管b极的电压为3.3V时,只要Rb=26K,就能够使Ib=100uA,从而使Ic=10mA。
考虑到三极管的放大倍数可能存在变化,我们一般取Ib要 比计算值小一些,可以取26K,也可以使用10K。下图便是26K的设计。
Rc计算(集电极电阻)
此电阻的计算方法是,在三极管供电为3.3V的情况下,假设三极管CE之间导通时不存在电压(实际不可能,多少都有一些),由于LED有2V的压降,则落在Rc电阻的电压为3.3V-2V=1.3V,经过此电阻的电流为10mA,则此电阻的大小为1.3V/10mA=130R。
下图是经过仿真的验证图。
可以看出三极管CE之间在导通的时候存在约0.2V的压降。
通过仿真,可以看出,如上设计可以满足驱动电流10mA的输出。
假设(修改Rb,Rc)
实际设计中,我们可能会将Rb取10K,因为10K是常用值,那问题来了,此时驱动电流会变大吗?
答案是不会的,因为虽然说减少了Rb,增加了Ib,理论上Ic会增加,但是由于Rc的存在,最大通过的电流仍为10mA.只有修改Rc的值后,Ic才会改变,如下图:
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