标题:
基本元件介绍-2
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作者:
look_w
时间:
2017-9-22 19:54
标题:
基本元件介绍-2
3.1 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,本课程用硅管的参数来进行讲课。三极管共有
2
种类型,分别是
PNP
型和
NPN
型,先来认识一下。
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)
。这块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。
3.2 三极管的原理
三极管的应用有截止、放大、饱和三种状态。放大状态主要是对模拟信号而言,而且用法的计算内容比较复杂,暂时我们用不到。而我们数字电路主要使用三极管的开关特性,因此我们只用到了截止与饱和两种状态,所以我们只讲这两种用法。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
,箭头朝外自然就是
NPN
了,在实际应用中,往往我们要根据实际电路需求来选择到底用哪种类型,大家用几次估计就会了,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,电压控制”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
1
0K
的电阻接到了单片机的一个
IO
口上,发射极直接接到
5V
的电源上,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
LEDS6
我们程序给一个高电平
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,所以没有电流通过,
LED2
小灯也就不会亮。如果我们程序给
LEDS6
的位置一个低电平
0
,而
e
极是个
5V
,产生压差就会导通,三极管
e
和
b
之间大概有
0.7V
的电压,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,这条之路的电流大概是
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
电压会在基极电阻上,那么基极电阻最大值就是
4.3V/30uA = 143K
。只要比这个值小就可以,当然也不能太小,
STC89C52RC
的
IO
口输入电流最大理论值是
25mA
,我推荐不要超过
10mA
。
3.3 三极管的应用
三极管在我们数字电路里的开关特性,常用的一个是控制应用,一个是驱动应用。所谓的控制就是如同我们图
3-7
里边介绍的,我们可以通过单片机控制三极管的基极来
间接控制后边的小灯的亮灭,用法大家基本熟悉了。还有一个控制就是进行不同电压之间的转换控制,比如我们的单片机的
IO
口是
5V
系统,如果直接接
12V
系统会烧坏单片机,所以我们加一个三极管,三极管的工作电压高于单片机的
IO
口电压,用
5V
的
IO
口来控制
12V
的电路,如图
3-8
所示。
图
3-8
三极管控制电路图
图
3-8
里所示,当
IO
口输出高电平
5V
时,三极管导通,
OUT
输出低电平
0V
,当
IO
口输出低电平时,三极管截止,
OUT
则由于上拉电阻R2
的作用而
输出
12V
的高电平,这样就实现了低电压控制高电压的工作原理。
所谓的驱动,主要是指电流输出能力。我们再来看这两个图之间的对比
图
3-9 LED
小灯对比示意图
图
3-9
中上边的
LED
灯,和我们第二课讲过的
LED
灯是一样的,当
IO
口是高电平
时,小灯熄灭,当
IO
口是低电平时,小灯点亮。
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