三极管NPN在开关电路中的应用
三极管NPN在开关电路中的应用
三极管(NPN)在开关电路中有着广泛的应用。其基本工作原理是:只要基极(B极)电流大于等于1mA,三极管就会导通。在导通状态下,B极电压约为0.7V,集电极(C极)电压约为0.3V。
电路1:温度开关电路
这是一个简单的温度开关电路,最大可通过电流为10mA,电源电压U为12V。
分析
温度开关最大通过电流为10mA,且B极电流只要大于1mA,三级管就可以工作导通。因此,当电阻R取10K时,可以满足条件,即R=10K。当开关导通时,三极管B极有电流且电流为1.2mA,三极管导通。这时,C极电压为0.3V,那么电机两端压差为12V-0.3V=11.7V,电机开始转动;当开关闭合,B极无电流,三极管不导通,C极电压接近12V,电机停止转动。
缺点
当三极管由导通到截至时,实际中并不是立刻关断,而是需要从饱和区逐渐向截至区转换,这个过程中必将经过放大区,而放大区的过程中三极管易受干扰。干扰源主要包括静电、雷击等。
解决方法
可以通过使用三态电路的原理来解决。VCC与GND的阻抗特别小,所以当有静电时,电流会向左流向VCC 和GND。若什么都不加,那么相当于接了一个无穷大的电阻,电流就会流向负载器件,对它造成损坏。
电路2:改进的开关电路
在三极管的B极加一个下拉电阻,不加上拉电阻是因为开关的作用会被屏蔽。
如何计算下拉电阻的取值
若三极管的阈值电压为0.7V,三极管导通时,需要计算下拉电阻的最小阻值。假设电源电压为12V,那么下拉电阻的最小阻值是620Ω。但是取620Ω是否合适呢?这里需要将R17的取值与三极管的因素一起考虑。
理想中的三极管与实际中的三极管存在差异,主要体现在制造工艺上不可避免地产生一种寄生电容。
降低寄生电容的影响
在使用三极管时,需要尽量降低寄生电容的影响。方法是在电容旁边并联一个电阻,让电容放电时,既有三极管耗电又有电阻放电。
如果R17的阻值取得过大会影响三极管假象电容的放电,使三极管关断导通变慢;但是阻值取得太小使得功率大大增强。一般情况下,R17取2K,这样既能保证功率不大,又能使三极管有效放电。