三極體開關電路,三極體驅動電阻應當如何選擇?

2021-01-08 大年君愛好電子

一、三極體基本介紹

三極體是一種電流控制器件,可以作為無觸點開關,經常被用於開關電路當中,通過輸入信號來控制三極體的導通與斷開,進而接通和切斷電路,三極體具有3個電極:發射極(E)、集電極(C)、基極(B)。按PN結的組合方式,三極體分PNP型跟NPN型。按本徵半導體材料的不同,有矽管和鍺管之分。

三極體有截止、線性放大、飽和3種工作狀態,作為開關作用,三極體工作在截止和飽和狀態,對應於開關的斷開跟閉合。

1)截止狀態:當三極體基極偏置電壓小於PN結的導通電壓,基極電流Ib=0時,集電極Ic和發射極Ie沒電流(或只有微弱的弱電電流)通過,此時三極體失去了電流放大作用,我們稱三極體工作在截止狀態,CE極之間相當於開關的斷開狀態。

2)飽和狀態:當三極體基極偏置電壓大於PN結的導通電壓,基極電流增大到一定數值時,集電極電流Ic基本上不再隨著基極電流Ib的變化而變化,而是趨近於某一定值,這種現象稱為飽和狀態。此時三極體失去電流放大作用,集電極和發射極之間的電壓很小,三極體處於導通狀態,相當於開關的導通狀態。

二、三極體作開關驅動繼電器電路

如下圖是三極體9013驅動12VDC電磁繼電器電路,9013它是一種低電壓,大電流,小信號的NPN型矽三極體。三極體控制繼電器時候是利用三極體的截止狀態和飽和狀態。

三極體處於飽和狀態時候我們總希望Vce電壓越小越好,以RWG1-DC12V-ZS型號繼電器為例

當繼電器導通時候12V電壓基本降在線圈上,由繼電器規格表看出12V的繼電器典型線圈電阻值為400Ω,那麼導通時候流過線圈電流也就是三極體Ic的電流,此時Ic=12/400=30mA。

若此時集電極Ic=30mA,查看9013規格書可找到到Ic-Vce關係曲線圖,可以得到流經基極B的電流大約為180uA,進一步可求出串聯在基極B的電阻阻值R=(5V-0.7V)/180uA≈23.8K,因此理論上20K的電阻就可以了。

但是在實際當中電平的電壓高低有所不一樣,對於TTL電平以及CMOS電平都是這樣,三極體導通電壓也有可能大於0.7V,電阻的差異性等原因導致不應該取20K那麼大,因此為了電路更為可靠,一般取流經CE極的電流為設計值的2-3倍為宜,那麼按照2倍計算的話,也就是60mA,此時對於流經基極B的電流360uA,進一步求出基極電阻為11.9K,因此我們經常會用10K電阻來驅動三極體,更低一點也可以取比如8.2K、5.6K、5.1K等這些經常見到的電阻。

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