了解三極管三個工作區(qū)域及NPN三極管驅(qū)動LED電路圖

一、預(yù)備知識

了解三極管的三個工作區(qū)域，截止區(qū)，放大區(qū)和飽和區(qū)。

• 截止區(qū)：三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓$U_{be}$小于0.6~0.7V的導(dǎo)通電壓，發(fā)射結(jié)沒有導(dǎo)通，集電結(jié)處于反向偏置，沒有放大作用。（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都反偏）
• 放大區(qū)：三極管的發(fā)射結(jié)加正向電壓（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），集電結(jié)加反向電壓導(dǎo)通后，$Ib$控制$$Ic，$Ic$與$Ib$近似于線性關(guān)系，在基極加上一個小信號電流，引起集電極大的信號電流輸出。（發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏）
• 飽和區(qū)：當(dāng)三極管的集電結(jié)電流$Ic$增大到一定程度時，再增大$Ib$，$Ic$也不會增大，超出了放大區(qū)，進入了飽和區(qū)。（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都正偏）

二、問題描述

問：如下是一個三極管開關(guān)電路，用來驅(qū)動LED，電源電壓5V，LED1的正向壓降是1V，驅(qū)動電流20mA，所以R2為200Ω，B極驅(qū)動信號是MCU的一個GPIO，高電平輸出2.8V，低電平輸出0V，求R1的阻值？

三、如何解決

1. 解法1

題目中沒有指定三極管型號，可選數(shù)字三極管，數(shù)字三極管也稱帶阻三極管，顧名思義，內(nèi)部自帶電阻，常用來做電子開關(guān)，功能等同反相器。

下圖是DTC123YM型號數(shù)字三極管電氣參數(shù)，開啟電壓，最大不超過3V，輸入2.8V符合要求；關(guān)閉電壓最小是0.3V，我們MCU GPIO低電平輸出是0V，符合要求。R1不用計算，選擇0R，充當(dāng)導(dǎo)線即可。

為什么選擇數(shù)字三極管？

• 使用簡單，不用考慮基極電阻大小。
• 近似開關(guān)，導(dǎo)通壓降極低，下圖中典型值僅0.1V，最大是0.3V。

2. 解法2

使用一般的三極管，如常見的S8050，LED關(guān)閉的時候，S8050工作在截止?fàn)顟B(tài)，LED亮的時候，S8050工作在什么狀態(tài)呢？從S8050的輸出特性曲線來看，應(yīng)該是飽和區(qū)，飽和區(qū)$Vce$的值比較小，開關(guān)電路當(dāng)然需要開關(guān)兩端的壓差越小越好。

LED的驅(qū)動電流為$I_C=20mA$，$I_C=20mA$時，從下圖可以看出，$I_B=85uA$左右，排除飽和壓降，可計算$R1=（2.8-0.7）/85uA=24.7K$

根據(jù)以上計算，有三個誤差：

• 第1個是電阻誤差，電阻有5%精度和1%精度；
• 第2個是集電結(jié)開啟電壓的誤差，不一定是0.7V；
• 第3個是飽和壓降，沒有計算進去；

對驅(qū)動不同器件來說：

• 驅(qū)動LED：電流越大，LED越亮，但是不能超過最大值，否則LED會損壞或壽命驟減。
• 驅(qū)動繼電器：根據(jù)線圈內(nèi)阻和電源電壓可計算出驅(qū)動電流，依照電流設(shè)計即可，網(wǎng)上會有經(jīng)驗公式，為了繼電器的有效吸合，會將基極電阻減小一倍，來達到有效吸合，實際運用中，如果有條件，可以實際測試。

四、小結(jié)一下

從解法1和解法2，明顯可以得出，解法1更方便，選擇一個合適的數(shù)字三極管即可，不用考慮基極電阻。解法2可以理論與實踐相結(jié)合，需要考慮的點比較多，相對比較復(fù)雜一點，推薦使用數(shù)字三極管。
編輯：hfy