為什麼設計時都喜歡使用NPN三極體控制繼電器?而不用PNP三極體?

2020-11-22 技術閒聊

理論上NPN三極體和PNP三極體都可以作為開關管驅動繼電器，但是為什麼絕大部分設計都喜歡使用NPN三極體驅動繼電器呢？很多人的回答並沒有說到點子上。因為使用NPN三極體驅動簡單，在很多場合下若使用PNP三極體驅動繼電器並不是這麼簡單可以實現的。

我們先來看一下NPN三極體和PNP三極體當開關管的原理，下圖為基本驅動原理，左邊為NPN三極體控制原理，右邊為PNP三極體控制原理。三極體導通的條件是基極有電流，假設三極體BE壓降為0.6V，對於NPN三極體來說輸入電壓必須高於0.6V，基極才會有電流，而對PNP三極體來說基極輸入端電壓必須比VCC小0.6V以上才會有電流。

三極體驅動輸入端一般為微處理器的I/O口，比如單片機、DSP、ARM、CPLD、FPGA等，下面以單片機3.3V的I/O口為例。

對於NPN三極體，高電平時三極體導通（飽和），繼電器工作，低電平時三極體截止，繼電器不工作。只要計算選擇合適的限流電阻使三極體工作於飽和區即可，原理簡單。

若是使用PNP三極體驅動就沒這麼簡單了，如果VCC的電壓是3.3V沒問題（即繼電器工作電源為3.3V），可選擇合適的限流電阻使I/O口為高電平時三極體截止，低電平時三極體導通（飽和）。但是一般繼電器的工作電壓比較高有5V、12V、24V等，也就是說繼電器的工作電壓與I/O口高電平的電壓不相等時這麼設計就會出問題了，並沒這麼簡單。假如24V的繼電器，無論使用3.3V或5V的I/O口控制PNP三極體，低電平時PNP三極體導通，高電平（3.3V或5V）時，發射極與基極的壓差仍然很大，基極有電流，PNP三極體也導通，根本無法控制繼電器，而直接使用NPN三極體就不一樣了，不會受到VCC電壓的影響，無論VCC電壓多少一樣能控制。

所以，若使用PNP三極體驅動繼電器，前端還得加一級電路，可以是NPN三極體、光耦等，多此一舉還不如直接使用NPN三極體方便，明白了吧？

總結：繼電器的工作電壓比I/O口控制端高電平電壓高時，只使用一個PNP三極體無法實現控制繼電器，所以一般採用NPN三極體驅動，原理簡單，易實現。

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    三極體的基本結構是兩個反向連結的PN結面，如圖1所示，可有pnp和npn 兩種組合。三個接出來的端點依序稱為發射極(emitter,E)、基極(base,B)和集電極(collector,C)，名稱來源和它們在三極體操作時的功能有關。圖中也顯示出 npn與pnp三極體的電路符號，發射極特別被標出，箭號所指的極為n型半導體， 和二極體的符號一致。在沒接外加偏壓時，兩個pn接面都會形成耗盡區，將中性的p型區和n型區隔開。
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