三极管开关作用的应用

三极管开关电路应用

三极管开关状态的判断方法(用万用表测量)是:

当处于开状态时,三极管为处于饱和状态,Uce≤Ube，Uce间的电压很小,一般小于PN结正向压降(<0.7V).

当处于关状态时,基极电流Ib为0. Uce＞1V时为放大状态

下面介绍几款三极管开关电路的应用 三极管开关电路在电动玩具中的应用:

由开关三极管VT，玩具电动机M，控制开关S，基极限流电阻器R和电源GB组成。VT采用NPN型小功率硅管8050，其集电极最大允许电流ICM可达1.5A，以满足电动机起动电流的要求。M选用工作电压为3V的小型直流电动机，对应电源GB亦为3V 。

VT基极限流电阻器R如何确定呢？根据三极管的电流分配作用，在基极输入一个较弱的电流IB，就可以控制集电极电流IC有较强的变化。假设VT电流放大系数hfe≈250，电动机起动时的集电极电流IC＝1.5A，经过计算，为使三极管饱和导通所需的基极电流IB≥（1500mA／250）×2＝12mA。在图1电路中，电动机空载时运转电流约为500mA，此时电源（用两节5号电池供电）电压降至2.4V，VT基极-发射极之间电压VBE≈0.9V。根据欧姆定律，VT基极限流电阻器的电阻值R＝（2.4－0.9）V／12mA≈0.13kΩ。考虑到VT在IC较大时，hfe要减小，电阻值R还要小一些，实取100Ω。为使电动机更可靠地启动，R甚至可减少到51Ω。在调试电路时，接通控制开关S，电动机应能自行启动，测量VT集电极—发射极之间电压VCE≤0.35V，说明三极管已饱和导通，三极管开关电路工作正常，否则会使VT过热而损坏。

三极管开关电路在自动停车的磁力自动控制电路中的应用:

见图3。开启电源开关S，玩具车启动，行驶到接进磁铁时，安装在VT基极与发射极之间的干簧管SQ闭合，将基极偏置电流短路，VT截止，电动机停止转动，保护了电动机及避免大电流放电。

三极管开关电路在光电自动控制电路中的应用

见图4。VT1和VT2接成类似复合管电路形式，VT1的发射极电流也是VT2的基极电流，R2既是VT1的负载电阻器又是VT2的基极限流电阻器。因此，当VT1基极输入微弱的电流（0.1mA），可以控制末级VT2较强电流——驱动电动机运转电流（500mA）的变化。VT1选用小功率NPN型硅管9013，hfe≈200。同前计算方法，维持两管同时饱和导通时VT1基极偏置电阻器R1约为3.3kΩ，减去光敏电阻器RG亮阻2kΩ，限流电阻器R1实取1kΩ。光敏传感器也可以采用光敏二极管，使用时要注意极性，光敏二极管的负极接供电电源正极。光敏二极管对控制光线有方向性选择，且灵敏度较高，也不会产生强光照射后的疲劳现象。

关 三极管

三极管开关原理

图1 NPN 三极管共射极电路

图2 共射极电路输出特性曲

图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区 (Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与E 极间约呈断路状态，IC = 0，VCE = VCC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中 (VBE = 0.7 V)， I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE IB可被 IB 操控。若三极管在饱和区，IB 很大，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，Ic 与 IB 无关了，因此时的I

B大过线性放大区的IB

值， Ic

饱和态时C-E 间如同通路 (带有0.2 V 电位降)，因此可以作为开关。控制此开关的是 IB，也可以用 VBB 作为控制的输入讯号。图三、四分别显示三极管开关的通路、断路状态，及其对应的等效电路。

图3、截止态如同断路线图 图4、饱和态如同通路

实验：三极管的开关作用

简单三极管开关：电路如图5，电阻RC是LED限流用电阻，以防止电压过高烧坏LED（发光二极管），将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔)，观察并记录对的 VOUT 以及LED 的亮度。当三极管开关为断路时，VOUT =VCC =12 V，LED 不亮。当三极管开关通路时，VOUT = 0.2V ，LED 会亮。改良三极管开关：因为三极管由截止区过度到饱和区需经过线性区，开关的效果不会有明确的界线。为使三极管开关的效果明确，可串接两三极管，电路如图六。同样将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔)，观察并记录对应的VOUT 以及LED 的亮度。

图5、简单开关三极管电路图

图6、改良三极管开关电路-达林顿电路图

以上可以看出几乎任何一种型号三极管都可一做为电子开关来使用，如果条件允许也可用来控制加热设备。可见开关三极管只是一个笼统的概念，不过市面上也有少数的专用开关三极管出售

种常用51单片机的I/O口驱动能力分析

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几种常用51单片机的I/O口驱动能力分析

在控制系统中，经常用单片机的Ｉ／Ｏ口驱动其他电路。几种常用单片机Ｉ／Ｏ口驱动能力在相关的资料中的说法是：ＧＭＳ９７Ｃ２０５１、ＡＴ８９Ｃ２０５１的Ｐ１、Ｐ３的口线分别具有 １０ｍＡ、２０ｍＡ的输出驱动能力，ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３的口线具有１０ｍＡ的输出驱动能力。在实际应用中，仅有这些资料是远远不够的。笔者通过实验测出了上述几种单片机的Ｉ／Ｏ口线的伏安特性（图１、图２），从中可以得到这些Ｉ／Ｏ口的实际驱动能力。

说明：１、测试方法：所测试的口线输出的信号是周期为４秒的方波。当测试口线为低电平时的驱动能力时，该口线通过电阻箱接＋５Ｖ电源，测出该口线对地的电压，从而计算出通过电阻的电流，即灌电流；测出这样的一组数据，得到口线为低电平时的伏安特性曲线。当测试口线为高电平时的驱动能力时，该口线通过电阻接地，测出该口线对地的电压，从而计算出通过电阻的电流，即拉电流；测出这样的一组数据，得到口线为高电平时的伏安特性曲线。２、ＡＴ８９Ｃ２０５１、ＧＭＳ９７Ｃ２０５１的Ｐ１．０和Ｐ１．１及ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０口的８条口线为漏极开路，其输出伏安特性取决于外接的上拉电阻，本实验不包括这些口线。实验发现，ＧＭＳ９７Ｃ２０５１的Ｐ１口为高电平时能够驱动ＣＭＯＳ和ＬＳＴＴＬ，但驱动能力较差，其输出伏安特性曲线未标在图２中。３、图中绘出ＬＳＴＴＬ电平的上下限值ＶOL（MAX）＝０．５Ｖ和ＶOH（MIN）＝２．７Ｖ，据此可求出口线的最大扇出Ｎ。

ＡＴ８９Ｃ５１：Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤３８，Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤１０，取Ｎ＝１０。

ＡＴ８９Ｃ２０５１：Ｐ１、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤９１，Ｐ１、Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤９，取Ｎ＝９。

ＧＭＳ９７Ｃ２０５１：Ｐ１、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤５１，Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤１７，取Ｎ＝１７。

根据图１、图２及上述说明，可以得出如下结论：