【经验】如何使用贴片开关三极管

2021-08-28 合科泰半导体
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合科泰半导体将在本文介绍如何使用贴片开关三极管。首先来说一下NPN型,这种型号的贴片三极管在用于开关状态时,大都是按图一的接法:发射极接地,集电极接高电平,基极接控制信号。在图一里,当信号Green为高电平时,贴片三极管导通,电流从集电极流向发射极,也就是说从Vcc到地构成一回路,这个时候发光二极管导通发光。其次对于PNP型的贴片三极管,用于开关状态时,一般都是按图二的接法:发射极接高电平,当基极收到低电平信号时,贴片三极管导通,也即电流从发射极流向集电极。

 

由上图可见,若贴片三极管三端加的电压不正确会损坏贴片三极管,在贴片三极管的Datasheet里都有标出击穿电压的参数:

贴片三极管的反向工作电压应小于击穿电压的(1/2~1/3),以保证管子安全可靠地工作。

当然,有得初学者会提出对Vcbo>Vceo有所疑问:因为有资料介绍贴片三极管的击穿电压,BVceo怎么会小于BVcbo,应该BVceo约=BVcbo+0.6v才对啊!解答是:BE是正偏,BC是反偏,关系当然不是加,而是VCE=VCB-0.7中E所以VBO>VCEO。


使用贴片开关三极管需要注意的几点误区:


如上图1所示,用NPN贴片三极管,蜂鸣器连接到贴片三极管的集电极,驱动信号是常见的3.3V或者5V TTL电平,高电平导通,电阻按照经验值取4.7KΩ,贴片三极管导通时假设高电平为5v,基极电流为:Ib=(5-0.7)V ÷4.7KΩ = 0.9mA,它可以使贴片三极管完全饱和。


如图(b)所示,用NPN贴片三极管,同样把蜂鸣器连接到贴片三极管集电极,不同的是 是还用的驱动信号是5V的TTL电平。 


以上两个电路都可以正常工作,只要PWM驱动信号工作在合适的频率下,蜂鸣器(有源)就会发出最大的声音。


 


图2和图1对比,最大的区别就是被驱动器件连接到了贴片三极管的发射机。

 

如图(c)所示,贴片三极管导通时假设高电平是5V,基极电流为:Ib=(5-0.7-UL)V ÷4.7KΩ


其中,UL为被驱动器件上的压降。可以看出,同样取积极电阻为4.7KΩ ,流过基极的电流会比图1中的(a)电路电流要小,小多少需要看UL为多少:如果UL较大,那么相应的Ib也就会很小,很有可能导致贴片三极管无法工作在饱和状态,使得驱动器件无法动作 。有人认为把基极电阻调小就好了,可是被驱动器件的压降是很难获知的,有些被驱动器件的压降是变动的,这样一来 ,基极电阻就很难选择合适:阻值选的太大,会导致驱动失败 ; 阻值选择太小,损耗又变大。所以,不在万不得已的情况下,不建议用图2的两种电路。 



如图3,驱动信号为3.3V电平,而被驱动器件导通电压需要5V。在3.3V单片机电路中,若不小心,就容易设计出这两种电路。 

如图(e)所示,这是典型的“发射极正偏,集电极反偏”的放大电路,或者叫做射极输出器。当PWM信号为3.3V时,贴片三极管发射极电压为3.3V-0.7V=2.6V,无法达到期望的5V。

 

如图(f)所示,这是一个失败的电路。首先,这个电路无法断开,当驱动信号PWM为3.3V高电平是,Ube=5V-3.3V = 1.7V 仍然可以使贴片三极管导通,于是电路无法断开。在这里,有人会说用过这个电路,他没有问题,而且单片机的电压也是3.3V。笔者个人认为这个人用的是OD(开漏)驱动方式,而且是真正的OD或者是5V可以容忍的OD,比如STM32的很多IO都可以设置为OD门驱动方式,输出高电平,信号就变成了高阻态,流过基极电流为0,贴片三极管可以有效截止,这时候图(f)依然有效。

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