中心議題:
- 常見負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路
- 驅(qū)動(dòng)電路及元件的選擇
- 驅(qū)動(dòng)電路的軟件仿真及硬件實(shí)驗(yàn)
在電子制作時(shí),經(jīng)常涉及到需要控制蜂鳴器、繼電器、電機(jī)等元件,發(fā)現(xiàn)晶體管負(fù)載的不同接法,效果差別很大,有的接法甚至?xí)?dǎo)致電路工作不可靠,下面將介紹常見的負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電路及元器件的選擇和使用進(jìn)行討論。
晶體管(又稱三極管)可分為NPN 型和PNP 型,目前常用的NPN 型三極管有8050、9013、2N5551 等,PNP 型三極管有8550、9012、2N5401 等。
1、常見負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路
圖1 是NPN 型、PNP 型晶體管驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載的典型電路。要求使負(fù)載上得到最大的功率,晶體管上消耗最小的功率。
圖1 NPN 型、PNP 型晶體管驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載的典型電路
2、驅(qū)動(dòng)電路及元件選擇
使用晶體管驅(qū)動(dòng)負(fù)載主要利用晶體管的開關(guān)特性,也就是通過控制晶體管在飽和區(qū)和截止區(qū)之間切換來控制負(fù)載的接通和關(guān)閉。那么有的電子愛好者會(huì)問:什么時(shí)候選擇NPN 型晶體管驅(qū)動(dòng)電路?什么時(shí)候選擇PNP 型晶體管驅(qū)動(dòng)負(fù)載?對(duì)于相同類型的晶體管,該如何選擇晶體管的具體型號(hào)?基極電阻應(yīng)該如何選???下面對(duì)這些問題作一下簡(jiǎn)要說明。
2.1.負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的選擇
選用NPN 型、還是PNP 型晶體管驅(qū)動(dòng)負(fù)載,要看設(shè)計(jì)者的要求。如圖1(a)、(c)、(e)是使用NPN 型晶體管驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電路,高電平“1”可以控制晶體管導(dǎo)通(負(fù)載通電)、低電平“0”使晶體管截止(負(fù)載斷電)。而圖1(b)、(d)、(f)是使用PNP 型晶體管驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電路,導(dǎo)通條件剛好相反。
2.2.晶體管型號(hào)的選擇
NPN 型晶體管8050、9013、2N5551 的集電極最大電流分別為1500mA、500mA、600mA,PNP 型晶體管8550、9012、2N5401 的集電極最大電流分別為1500mA、500mA、500mA。驅(qū)動(dòng)蜂鳴器、繼電器、電機(jī)等負(fù)載,主要看晶體管集電極電流是否能滿足負(fù)載要求。
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2.3.基極電阻的選擇
如圖2 所示是NPN 型晶體管2N5551 的特性曲線,最下方選中的曲線對(duì)應(yīng)Ib=1mA,最上方的曲線對(duì)應(yīng)Ib=5mA。
圖2 NPN 型晶體管2N5551 的特性曲線
由圖2 中可以看出,基極電流Ib 越大,對(duì)應(yīng)的集電極電流Ic 越大。我們?nèi)绻M?fù)載上得到大的電流,那么基極電流就需要盡可能的大。圖1 所示的各種驅(qū)動(dòng)電路中,我們經(jīng)常取基極電阻約1k,對(duì)應(yīng)的基極電流約為4~5mA,集電極電流能滿足負(fù)載要求。
3、Multisim仿真
初學(xué)者使用晶體管驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí),有時(shí)會(huì)錯(cuò)誤地把負(fù)載接在晶體管發(fā)射極一端,如圖3(b)所示,這樣做負(fù)載上得到的功率會(huì)比較小。我們可以通過仿真來分析。
圖3 [page]
為了說明晶體管負(fù)載的不同接法對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的影響,我們借助Multisim 10 仿真軟件分析負(fù)載電阻為100、1k、10k 情況下圖3(a)、(b)中電路的各個(gè)參數(shù),得到的仿真結(jié)果如表1 和表2 所示。
從表1 和表2 中可以看出,如圖3(a)所示負(fù)載接晶體管集電極的驅(qū)動(dòng)電路,負(fù)載上得到的電壓Ur 接近電源電壓、得到的功率Pr 較大。如圖3(b)所示負(fù)載接晶體管發(fā)射極的驅(qū)動(dòng)電路,由于晶體管導(dǎo)通需要滿足Ube>0.7V 條件,所以負(fù)載上得到的電壓要比偏置電壓低0.7V,最大約為4.3V,結(jié)果導(dǎo)致負(fù)載上得到的功率較小。
同樣,對(duì)于PNP 型晶體管,負(fù)載接晶體管集電極一端時(shí)負(fù)載上得到的功率也較大。
4、硬件實(shí)驗(yàn)
我們制作了晶體管的測(cè)試電路板,分別對(duì)NPN 型晶體管2N5551、PNP 型晶體管2N5401 驅(qū)動(dòng)電路中相同負(fù)載的不同接法做了實(shí)物測(cè)試。圖4(a)是晶體管測(cè)試電路板的原理圖,將圖4(a)左邊J1 的1、2 引腳短接,可以測(cè)試NPN 型晶體管負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路;將J1的2、3引腳短接,可以測(cè)試PNP型晶體管負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路。
圖4(a)是晶體管測(cè)試電路板的原理圖,圖4(b)是晶體管測(cè)試電路的實(shí)物連接圖,左側(cè)的電流表顯示電路的基極電流Ib,中間的電流表顯示集電極電流Ic 或發(fā)射極電流Ie,右側(cè)電壓表顯示晶體管集電極和發(fā)射極之間電壓Uce。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如表3 所示。
表3 (測(cè)試條件Vcc=5.04V)
從表3 可以看出,在負(fù)載相同情況下,無論選用NPN 型晶體管或PNP 型晶體管,負(fù)載接在晶體管集電極端時(shí)負(fù)載上得到的電壓較大、得到的功率也較多,晶體管壓降小。
5、結(jié)論
通過Multsim 軟件仿真和硬件實(shí)物測(cè)試,我們得出如下結(jié)論:在使用晶體管作開關(guān)驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí),為了使負(fù)載上得到較大的功率,應(yīng)該將負(fù)載接在三極管的集電極使用,通過基極的電流要0.1 倍的負(fù)載電流或更大。