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    三极管是如何实现电子开关功能的?现场报码
    时间:2019-10-16

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      三极管和MOS管都可以作为电子开关使用,三极管属于电流控制元器件,跟MOS管不同,MOS管属于电压控制元器件。

      三极管有两种类型,NPN型和PNP型,其结构示意图如下图所示。可以看出,三极管是由两个PN结经过特殊的工艺技术处理形成的。三极管有三个极:基极、集电极和发射极,基极用字母b表示,集电极用字母c表示,发射极用字母e表示。

      截止区:Ube<死区电压,死区电压一般为。0.3V~0.6V左右,具体跟三极管的特性有关,现场报码每个三极管型号都会有自己的死区电压,具体可查三极管型号的datasheet,会有相应的说明。此区间基极电流Ib=0。

      放大区:放大区的主要特点是发射结正偏,集电结反偏,Ic=βIb,β为三极管的放大倍数。

      饱和区:此区间发射结正偏,集电结正偏,注意:和放大区有所不同。Uce<Ube,βib>ic,Uce≈0.3V。

      当然,三极管处于非饱和区间的放大区,三极管也处于导通状态,也可以实现三极管的开状态,只是此时的电流并未达到三极管的最大电流,内阻比较大,对于负载电流较小时,也可以在此区间实现电子开关的“开”功能。一般我们使用三极管当电子开关时,为了能够使三极管达到最大输出电流,一般都会设计将三极管处于饱和区间。

      下面三极管控制灯泡为例,通过处理器(比如单片机DSPARMFPGA等)的I/O口控制小灯泡,NPN和PNP三极管的接法有些不同,NPN型三极管当下管使用,控制灯泡的负极;PNP型三极管当上管使用,控制灯泡的正极。(为什么NPN型三极管当下管使用,而PNP型三极管当上管使用?在本人另一篇文章当中当中有详细说明)

      NPN型三极管原理实现过程:当I/O口输入低电平时,由于Ube<死区电压,Ib=0,三极管处于截止状态,所以灯泡不亮;当I/O口输入高电平(3.3V或5V等)时,三极管导通,灯泡燃亮。根据I/O口的高电平状态,选择合适的基极电阻R1,使三极管处于饱和状态,计算方法为:R1≈(U-Ube)*β/Ic,其中U为I/O口输入电压,β为三极管放大倍数,Ic为三极管最大集电极电流,Ube为基极与发射极之间的压差,一般为0.4V~0.6V左右。

      R2为下拉电阻,阻值选择大一些,至少应比R1大一个数量级,这样在计算R1阻值时,可以忽略R2的存在,若R1与R2电阻大小相当时,需要考虑分流情况。此时,R1的电流IR1=Ib+Ube/R2,所以R1=(U-Ube)/IR1=(U-Ube)/(Ib+Ube/R2)。计算较复杂。

      PNP型三极管原理实现过程与NPN型三极管类似,PNP型三极管控制灯泡的正极,具体过程:当I/O口输入高电平(VCC)时,UBE无压差,Ib=0,三极管处于截止状态,所以灯泡不亮;当I/O口输入低电平时,三极管处于导通状态,灯泡燃亮。

    
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