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  • 三极管的使用误区和三个特殊用法
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蜂鸣器是我们在电路设计中使用的最常见的一种预警发声器件,我们常使三极管(http://list.szlcsc.com/catalog/326.html)的工作于开关状态来驱动它。然而越简单的电路,很多人在设计时往往越容易忽略细节,导致实际电路中蜂鸣器不发声、轻微发声和乱发声的情况发生。

我们在数字电路设计的中常常用三极管的开关特性把数字信号的“1”和“0”来转化成实际电路中的“通”和“断”,来驱动一些蜂鸣器、数码管、继电器等需要较大电流的器件。

然而在使用的过程中,如果不在意细节,三极管就可能无法工作在正常的开关状态。最终无法达到预期的效果,有时就是因为这些小小的错误而导致重新打板,导致浪费。

这里小编把使用三极管的一些经验以及一些常见的误区给大家分享一下,在电路设计的过程中可以减少一些不必要的麻烦。我们来看几个三极管做开关的常用电路画法。蜂鸣器我们选择了常用的蜂鸣器。

 

图1

图1中a电路中三极管我们选择了2N3904三极管,2N3904是现在常用的NPN三极管。其耐压值40V,Pcm=400mW,Icm=200mA,β=100-400。蜂鸣器LS1接在三极管的集电极,驱动信号取5V,电阻按照经验可以取4.7K。假设三极管放大倍数为100,蜂鸣器的工作电流为20mA,即Ic=20mA。Ib=Ic/β=0.2 mA。当基极电流大于0.2 mA时,蜂鸣器均可正常发声。

a电路中的基极电流Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA,大于0.2 mA,可以使蜂鸣器正常发声。b 电路用的是2N3906三极管,PNP型,同样把蜂鸣器LS2接在三极管的集电极,驱动信号是5VTTL电平。由于2N3906其他参数和2N3904基本一致,因此计算过程不再赘述。以上这两个电路图都可以正常工作。

 

图2

图2的两个电路和图一相比,把蜂鸣器接在了三极管的发射极。在c电路,假设基极电压为5V,基极电流Ib=(5V-0.7V- UL)/4.7K,其中UL为蜂鸣器上的压降。如 果UL比较大,那么相应的Ib就小,很有可能Ib<0.2mA,Ic<20mA,无法驱动蜂鸣器。

有人认为把R3的阻值减小,Ib就可以变大,大于0.2 mA时,蜂鸣器就可以正常工作。但是蜂鸣器的压降很难获知,而且有些蜂鸣器的压降可能变动,这样一来基极电阻阻值就很难选择,阻值选择太大就会驱动失败,选择太小,损耗又变大。d电路也会出现同样的问题,所以不建议选用图二的这两种电路。

 

图3

图3这两个电路,电路的驱动信号为3.3VTTL电平,常出现在3.3V的MCU电路设计中,如果不注意就很容易就设计出这两种电路,而这两种电路都是错误的。

先分析e电路,这是典型的“发射极正偏,集电极反偏”的放大电路,或者叫射极输出器。当PWM信号为3.3V时,Ib=(3.3V-0.7V- UL)/4.7K,会出现和图2中c电路中一样的情况。

f电路也是一个很失败的电路,首先这个电路导通是没有问题的,当驱动信号为0V时,蜂鸣器可以正常动作。然而这个电路是无法关断的,当驱动信号PWM为3.3V高电平的时候,Ube=5V-3.3V=1.7V, Ube>0.7V,三极管仍可以导通,于是蜂鸣器会一直响。

那这个问题有办法解决吗?有,如果你的MCU支持OD(开漏)驱动方式,可以在开漏输出后用上拉电阻把电平拉到5V,这样 Ube=5V-5V=0V, Ube<0.7V,三极管就可以正常的关断了。

三极管的特殊用法

三极管是信号放大元件和电子开关元件。不过它还有一些特殊的用法,能够做成一些可独立使用的两端或三端器件,代替其它类型元件使用。 

扩流

把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合,就可得到一只大功率可控硅,其最大输出电流由大功率三极管的特性决定,见图4。

图5为电容容量扩大电路。利用三极管的电流放大作用,将电容容量扩大若干倍。这种等效电容和一般电容器一样,可浮置工作,适用于在长延时电路中作定时电容。

稳压二极管构成的稳压电路虽具有简单、元件少、制作经济方便的优点,但由于稳压二极管稳定电流一般只有数十毫安,因而决定了它只能用在负载电流不太大的场合。图6可使原稳压二极管的稳定电流及动态电阻范围得到较大的扩展,稳定性能可得到较大的改善。

代换

图7中的两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管。

图8中的三极管可代用8V左右的稳压管。

图9中的三极管可代用30V左右的稳压管。上述应用时,三极管的基极均不使用。

模拟

用三极管够成的电路还可以模拟其它元器件。大功率可变电阻价贵难觅,用图10电路可作模拟品,调节510电阻的阻值,即可调节三极管C、E两极之间的阻抗,此阻抗变化即可代替可变电阻使用。

图11为用三极管模拟的稳压管。其稳压原理是:当加到A、B两端的输入电压上升时,因三极管的B、E结压降基本不变,故R2两端压降上升,经过R2的电流上升,三极管发射结正偏增强,其导通性也增强,C、E极间呈现的等效电阻减小,压降降低,从而使AB端的输入电压下降。调节R2即可调节此模拟稳压管的稳压值,等效为稳压管。

 

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