三极管和图腾柱

2016-7-27 19:40:22 12716 三极管

三极管的初步认识三极管是一种很常用的控制和驱动器件，常用的三极管根据材料分有硅管和锗管两种，原理相同，压降略有不同，硅管用的较普遍，而锗管应用较少，本文用硅管的参数来进行讲解。三极管有 2 种类型，分别是 PNP 型和 NPN 型。先来认识一下，如图 3-6。
图 3-6 三极管示意图

三极管一共有 3 个极，从图 3-6 来看，横向左侧的引脚叫做基极(base)，中间有一个箭头，一头连接基极，另外一头连接的是发射极 e(emitter)，那剩下的一个引脚就是集电极 c(collector)了。这是必须要记住的内容，死记硬背即可，后边慢慢用的多了，每次死记硬背一次，多次以后就会深入脑海了。三极管的原理三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。放大状态主要应用于模拟[color=rgb(68, 68, 68) !important]电路中，且用法和计算方法也比较复杂，我们暂时用不到。而数字电路主要使用的是三极管的开关特性，只用到了截止与饱和两种状态，所以我们也只来讲解这两种用法。三极管的类型和用法我给大家总结了一句口诀，大家要把这句口诀记牢了：箭头朝内 PNP，导通电压顺箭头过，电压导通，电流控制。

下面我们一句一句来解析口诀。大家可以看图 3-6，三极管有 2 种类型，箭头朝内就是PNP，那箭头朝外的自然就是 NPN 了，在实际应用中，要根据实际电路的需求来选择到底用哪种类型，大家多用几次也就会了，很简单。

三极管的用法特点，关键点在于 b 极（基极）和 e 级（发射极）之间的电压情况，对于PNP 而言，e 极电压只要高于 b 级 0.7V 以上，这个三极管 e 级和 c 级之间就可以顺利导通。也就是说，控制端在 b 和 e 之间，被控制端是 e 和 c 之间。同理，NPN 型三极管的导通电压是 b 极比 e 极高 0.7V，总之是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。这就是关于“导通电压顺箭头过，电压导通”的解释，我们来看图 3-7。
图 3-7 三极管的用法

我们以图 3-7 为例介绍一下。三极管基极通过一个 10K 的电阻接到了[color=rgb(68, 68, 68) !important]单片机的一个 IO口上，假定是 P1.0，发射极直接接到 5V 的[color=rgb(68, 68, 68) !important]电源上，集电极接了一个 LED 小灯，并且串联了一个 1K 的限流电阻最终接到了电源负极 GND 上。

如果 P1.0 由我们的程序给一个高电平 1，那么基极 b 和发射极 e 都是 5V，也就是说 e到 b 不会产生一个 0.7V 的压降，这个时候，发射极和集电极也就不会导通，那么竖着看这个电路在三极管处是断开的，没有电流通过，LED2 小灯也就不会亮。如果程序给 P1.0 一个低电平 0，这时 e 极还是 5V，于是 e 和 b 之间产生了压差，三极管 e 和 b 之间也就导通了，三极管 e 和 b 之间大概有 0.7V 的压降，那还有(5-0.7)V 的电压会在电阻 R47 上。这个时候，e 和 c 之间也会导通了，那么 LED 小灯本身有 2V 的压降，三极管本身 e 和 c 之间大概有 0.2V的压降，我们忽略不计。那么在 R41 上就会有大概 3V 的压降，可以计算出来，这条支路的电流大概是 3mA，可以成功点亮 LED。

最后一个概念，电流控制。前边讲过，三极管有截止，放大，饱和三个状态，截止就不用说了，只要 e 和 b 之间不导通即可。我们要让这个三极管处于饱和状态，就是我们所谓的开关特性，必须要满足一个条件。三极管都有一个放大倍数β，要想处于饱和状态，b 极电流就必须大于 e 和 c 之间电流值除以β。这个β，对于常用的三极管大概可以认为是 100。那么上边的 R47 的阻值我们必须要来计算一下了。

刚才我们算过了，e 和 c 之间的电流是 3mA，那么 b 极电流最小就是 3mA 除以 100 等于30uA，大概有 4.3V 电压会落在基极电阻上，那么基极电阻最大值就是 4.3V/30uA = 143K。电阻值只要比这个值小就可以，当然也不能太小，太小会导致单片机的 IO 口电流过大烧坏三极管或者单片机，STC89C52 的 IO 口输入电流最大理论值是 25mA，我推荐不要超过 6mA，我们用电压和电流算一下，就可以算出来最小电阻值，我们图 3-7 取的是经验值。

图腾柱：就是上下各一个三极管，上管为NPN，c极(集电极)接正电源，下管为PNP，c极(集电极)接地。两个b极(基极)接一起，接输入，上管和下管的e极(发射极)接到一起，接输出，像一个“图腾柱”。用同一信号驱动两个b极。驱动信号为高时，NPN导通；信号为低时，PNP导通。利用两个晶体管构成推挽输出。用来匹配电压，或者提高IO口的驱动能力"图腾柱电路,就是既有上拉器件,又有下拉器件,上下拉器件分时导通.多数数字电路输出是这种电路.在开关电源中一般不这样称呼,而是叫做半桥电路.在音频放大器中则称串联推挽电路.

图腾柱一般选用参数相近的对管，比如S8050/8550、MP2907/2222等，主要考虑ICM、特征频率fT等参数。

RG可以不要，RB必须加上。如果没有RB，相当于IC输出高电平的时候，被三级管钳压在0.7V左右，IC的功耗很大，会烧掉的。
图腾柱式的驱动方式，一方面增加了驱动能力，另一方面，当PWM的输出端为低的时候，下管为MOS的结电容提供放电回路。图腾柱式的驱动方式，一方面增加了驱动能力，另一方面，当PWM的输出端为低的时候，下管为MOS的结电容提供放电回路。
转载学习

2016-7-27 19:40:22　　评论 淘帖0 举报

相关推荐

6 个讨论

0 　　对于图 3-7，—— 如果 P1.0 由我们的程序给一个高电平 1，那么基极 b 和发射极 e 都是 5V，也就是说 e到 b 不会产生一个 0.7V 的压降，这个时候，发射极和集电极也就不会导通，那么竖着看这个电路在三极管处是断开的，没有电流通过，LED2 小灯也就不会亮。　　这种解释，是基于P口的高电平“1”=5V的前提的，貌似没有可疑之处。　　而对于高电平输出不能达到或接近电源电压的单片机P口来说，对于前级提供的高电平不够高的电路来说，图3-7中的三极管是不能实现可靠截止的，该电路就只能成为一个大家俗称的“垃圾电路”了。　　类似的垃圾电路，充斥在网上，混迹于产品之中。于是，有不少人坚定地说，“我的可以工作啊！”；也有不少人在提问，“为什么我的发光管灭不掉呢？”

2016-7-28 11:12:32 评论举报 1^# 林基强