模电学习3. MCU接三极管开关电路简单分析
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模电学习3. MCU接三极管开关电路简单分析
一、说明
本文演示了一个使用MCU驱动小功率器件时,采用三极管来驱动器件,这时限流电阻应该如何选取。
如上图所示:
- 使用单片机IO口控制一个小功率器件,这里使用了一个灯烛。
- 假设负载的导通压降为2V,额定工作电流20mA;
- 本文假设mcu输出的低电平为0V,高电平为3.3V;
- 三极管的导通电压假设为0.7V;
- VCC电压假设为5V。
二、使用NPN型三极管工作状态分析
1. 饱和状态基本要求
采用的三极管是一个NPN型三极管,其作为开关使用时,工作在饱和状态,要求:
- U b e > U o n U_be > U_on Ube>Uon
- U b e > U c e U_be > U_ce Ube>Uce
公式中:
- U o n U_on Uon 表示开启电压
U
c
e
U_ce
Uce可以近似看为0,
- mcu输出低电平 , 这时三极管处于截止状态,负载电流为0。
- mcu输出高电平,这时三极管饱和导通。
2. 计算限流电阻R2
负载的工作电压2V,可以计算出R2上的分压为3V,由此计算R2阻值:
R
2
=
5
V
−
2
V
20
m
A
=
150
Ω
R2 = \\frac5V-2V20mA = 150 \\Omega
R2=20mA5V−2V=150Ω
3. I b I_b Ib
为了让
U
c
e
U_ce
Uce尽可能小,三极管处于深度饱和状态,一般取
I
b
I_b
Ib为
I
c
I_c
Ic的 十分之一,即:
I
b
=
1
10
∗
I
c
=
2
m
A
I_b = \\frac110 * I_c = 2 mA
Ib=101∗Ic=2mA
4. 计算 R b R_b Rb
三极管的导通电压约为0.7V,计算R1的阻值:
R
b
=
3.3
V
−
0.7
V
2
m
A
=
1.3
K
Ω
R_b = \\frac3.3V-0.7V2mA = 1.3K\\Omega
Rb=2mA3.3V−0.7V=1.3KΩ
这时的电路是这样的:
5. 下拉电阻
上面的电路中,在单片机上电时,如果IO处于输入状态,则其电压可能处于不确定的状态。实际电路中,会在三极管的基极加一个下拉电阻,以让IO口在上电时有一个确定的电平 。下拉电阻的取值一般是10K。
如上图所示,由于
U
b
e
U_be
Ube 仍为0.7V,R3上的电压也是0.7V,R3会分担0.7mA的电流,相对于
I
b
I_b
Ib的2mA电流,影响并不大。
三、使用PNP型三极管工作状态分析
1. 示例原理图
这里三极管接的VCC假设与IO上拉采用相同电压值。
2. IO输出低电平
这时三极管处于饱和导通状态。
3. IO输出高电平
正常情况下,这时三极管处理截止状态。
需要注意的是,如果mcu的高电平是3.3V,而外面上拉电压是5V,这时PNP仍有可能处于饱和导通状态。而且5V电压有可能通过IO反灌到MCU,可能会造成MCU烧毁。
所以一般这种电路采用NPN型三极管的比较多一些。
以上是关于模电学习3. MCU接三极管开关电路简单分析的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章