晶体管开关电路计算实例(一)

时间:2023-06-01作者:佚名

晶体管开关电路计算实例

引言:三极管是电流型元件,利用偏置电阻产生大于0.7V的Vbe电压,然后通过控制电流大小,使晶体管工作在不同的区。 因此关于晶体管电路的设计相关计算,基本用电流起手,而不是用电压,这一点要与MOS的计算相区别开来。

晶体管开关电路计算实例(一)

图2-1:三极管导通时电流流向

1.发射极接地型开关

发射极接地型开关即发射极直连GND,输出out连接集电极。

晶体管开关电路计算实例(一)

图2-2:NPN接地型开关

如图2-2所示是NPN发射极接地型开关,当in为高电平时,Q1导通,out端被R3下拉至GND为低电平; 当in为低电平时,Q1截止,out端通过限流电阻R3连接VDD输出高电平,所以射极跟随器型开关是一个反相开关。 当输入信号电平在0.6V以下时,晶体管处于截止状态,输出电平是VDD,当输入信号电平在0.6V以上时,晶体管处于导通状态,输出基本上是GND。

为了确保没有输入时晶体管处于截止状态,需要加上使基极处于GND电位的偏置电阻R2,当输入信号超过0.6V时,晶体管的基极-发射极间的二极管(BJT-1:三极管的三区含义)将处于导通状态,开始有基极电流流过,但这样的状态不能限制电流,基极电流会比较大,所以串入基极限流电阻R1。 (限流电阻R1的值需要根据实际使用来计算得出)

晶体管开关电路计算实例(一)

图2-3:PNP接地型开关

如图2-3所示是PNP发射极接地型开关,当in为高电平时,Q1截止,out端被R3下拉至GND为低电平; 当in为低电平时,Q1导通,out端连接VDD输出高电平。

为了确保没有输入时晶体管处于截止状态,需要加上使基极处于高电位的偏置电阻R2,当输入信号超过0.6V时,晶体管的基极-发射极间的二极管(BJT-1:三极管的三区含义)将处于导通状态,开始有基极电流流过,但这样的状态不能限制电流,基极电流会比较大,所以串入基极限流电阻R1。

2.设计示例

前提条件:负载电流=5mA(由out端连接的负载所需的电流大小决定),in端高电平为1.8V,低电平为0V,VDD=3.3V。

设计分析:由于Q1不导通时,VDD--->OUT路径电流为5mA,所以在Q1导通时,Q1的Ic耐受电流最大额定值需要Ic>5mA(因为不导通时R3已经限定了流过Q1的电流为5mA)。VDD=3.3V加在集电极-发射极之和集电极-基极之间,in=1.8V加在基极-发射极之间。所以应选择集电极-发射极间和集电极-基极间电压最大额定值Vceo,Vcbo大于VDD,Vbeo大于Vin的晶体管。即条件汇总为:

Vceo>3.3V,Vcbo>3.3V,Vbe>1.8V,Ic>5mA。

依此可以选择通用的小信号晶体管,此处以LRC的型号L2SC4083NWT1G为例:

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图2-4:L2SC4083NWT1G最大额定参数

如果能使基极电流达到集电极电流的1/hFE,晶体管将处于导通状态,考虑到温度特性,应该使基极电流稍大,称为过驱动,通常设定为按使用晶体管hFE的最低值计算得到的基极电流的1.5-2倍以上。

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