电子电路学习笔记(4)三极管

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电子设计教程15:三极管电平转换电路设计-CSDN博客

【电路设计】三极管的集电极开路OC输出-CSDN博客

一文理解推挽输出&漏极开路输出(OD)&集电极开路输出(OC)_od输出-CSDN博客

部分图文来源:B站up主:珠创客;唐老师讲电赛 。

基本特性如下:

是一种将输入电流放大的半导体器件即(B极上很小的电流,可以控制C极上较大的电流)。

  • 发射极(带箭头的那一极是发射极),用e来表示;
  • 集电极,用c来表示;
  • 基极,用b表示。
  • 左NPN三极管,右PNP三极管。
  • 三极管的符合(箭头) 表示PN结的正方向,总是由P-----N。
  •    

一.三极管的分类

二.计算NPN三极管的饱和导通


     

三 .NPN三极管作为开关管使用

NPN管子要求VCC要大于或者小于或者等于3.3v均可。E发射极接在GND上。

PNP管子要求VCC要小于等于3.3v,过大会烧坏单片机I/O口。E接在VCC上

四.三极管推挽电路正确设计

推挽电路驱动电机,目的是为了承受瞬间大电流。由于mos管中存在寄生电容,使用R51作为限流电阻,对其充电,当I/O高电平时,out输出4.3v,控制MOS开启,即Q16到R15到Q20。当I/O低电平时,out输出0v,控制MOS关断,即由R53到D14到Q17。R52作为下拉电阻,提供一个稳定的低电频信号,防止上电导通。R52一般设置的阻值都比较大,10K或以上,放电速度不够快,用三极管导通放电的话相当于几欧电阻,可以快速放电关闭mos管。

这图里前面一部分就是推挽电路了,后面接个电阻限流,然后接入到MOS管的G极,这个电阻要注意选取,选择不好会引起米勒震荡,MOS管内部有寄生电容。这个电路没有加入额外的电容和更多的开关管,所以能实现开关速度快;而且由于开关管内阻小,所以损耗也低;而且因为推挽电路不会使开关管两个管子同时导通,所以这个电路很安全。

五.三极管电平转换设计

假设有两个电路板需要通信,但是两个电路板的电平标准不一样:对于数字“1”,一个板子认为5V左右的电压表示“1”;另一个板子认为3.3V左右的电压表示“1”。即两个板子对于高电平的定义不一样,不能直接通信,这中间就需要一个翻译。
  翻译工作可以由一个三极管电路来完成。由于只有0和1两种情况,此时我们称三极管工作在开关状态。

当三极管的发射结导通以后,集电极与发射极之间会有电子流动,形成通路。饱和时集电极与发射极之间的电压Vce最低只有几十毫伏,可以忽略不计。所以,我们可以把输入的电平连接到三极管的基极。

对于NPN型的三极管,把电源正极连接C集电极,电源地连接E发射极。然后从集电极引出输出电平。如果发射结导通,输出电平等于Vce,约等于0;如果发射结截止,输出电平等于电源电压。为了保证即便集电极与发射极导通,电源也不会被短路,应该在集电极串联一个电阻;同时,如果基极电流过大,可能在发射结导通的时候烧坏三极管,所以基极应该有串联电阻,因此可得原理图:

  分析原理图可知,基极高电平时,发射结导通,集电极“相当于”接地(其实还有几十毫伏饱和压降);基极低电平时,发射结不导通,集电极与VCC连接,是高电平。此电路可以实现电平转换的功能,只不过相位正好相反了。在此电路中有两个电阻,作用都是限流,让板子不被大电流烧坏。要保证三极管处于饱和区,集电极电流已经饱和,基极电流再增大,集电极电流也不会增大,也就是说,Ic/Ib<Hfe。

下面这个电路也是电平转换电路,在这个电路中信号速度不能太快,否则容易失真。

3.3v到5v

由于Q21是NPN三极管,使用3.3V可以导通该三极管,当TX为低电平时, RXD为低电平,当TX为3.3V高电平时, 箭头一端的P为3.3V另一端的N为3.3v,不存在压降。Q21不导通,RXD为5v高电平。

5v到3.3v

当TX为0v时,Q22由于是NPN三极管故其导通,RXD为0v,

当TX为5v时,Q22由于是NPN三极管故其关断(箭头由P(3.3V)到N(5V)),RXD为3.3v,通过上拉电阻上拉。

下面这种方式只能单向传输

Q23为NPN管,Q24为NPN管子。

六.三极管的OC和mos管的OD

OC电路和OD电路相似,主要用于实现线与、线或的逻辑功能,有时也用做电流输出。

三极管的OC(Open Collector)输出也叫集电极开路门,顾名思义就是collector极保持开路状态

那么什么是开集电极输出呢?有了前面的基础,这里就可以简单的介绍一下。如图,开集的意思,就是集电极C一端什么都不接,直接作为输出端口。

如果要用这种电路带一个负载,比如一个LED,必须接一个上拉电阻,就像这样。

当Vin没有电流,Q5断开时,LED亮。 当Vin流入电流,Q5导通时,LED灭。


① 当input输入为0,Q1截止,Q2经R2接5V导通,输出0V。
② 当input输入为1,Q1导通,Q2截止,C点悬空,为高阻态。

可以看出,经过Q1的输出Vo1会与Vin反相,而Q2的OC输出Vo2会与Vo1反相。二次反相,最终Vo2与Vin的相位保持相同。此电路完成的功能很熟悉,类似开关。

开漏电路,就是把上图中的三极管换成 场效应管(MOSFET)N型场效应管各个端口的名称:

场效应管 是电压控制型元器件,只要对栅极施加电压,DS就会导通。结型场效应管有一个特性就是它的输入阻抗非常大,这意味着:没有电流从控制电路流出,也没有电流进入控制电路。没有电流流入或流出,就不会烧坏控制电路。而双极型晶体管不同,是电流控制性元器件,如果使用开集电路,可能会烧坏控制电路。这大概就是我们总是听到开漏电路而很少听到开集电路的原因吧?因为开集电路被淘汰了。

在学习了这些概念后,我们再从应用的角度说一下吧,理解了这些应用背后原因,就肯定真正理解了这两者。

推挽输出能够输出高或者低,而开漏输出只能输出低,或者关闭输出,因此开漏输出总是要配一个上拉电阻使用。
开漏输出的上拉电阻不能太小,太小的话,当开漏输出的下管导通时,电源到地的电压在电阻上会造成很大的功耗,因此这个电阻阻值通常在10k以上,这样开漏输出在从输出低电平切换到高电平时,速度是很慢的。
推挽输出任意时刻的输出要么是高,要么是低,所以不能将多个输出短接,而开漏输出可以将多个输出短接,共用一个上拉,此时这些开漏输出的驱动其实是与非的关系。
推挽输出输出高时,其电压等于推挽电路的电源,通常为一个定值,而开漏输出的高取决于上拉电阻接的电压,不取决于前级电压,所以经常用来做电平转换,用低电压逻辑驱动高电压逻辑,比如3.3v带5v。

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