詳細分析三極管的電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動電路

3.3V-5V電平轉(zhuǎn)換電路

如上圖，左端接3.3VCMOS電平，可以是STM32、FPGA等的IO口，右端輸出為5V電平，實現(xiàn)3.3V到5V電平的轉(zhuǎn)換。

現(xiàn)在來分析下各個電阻的作用(抓住的核心思路是三極管的Vbe導(dǎo)通時為恒定值0.7V左右)：

假設(shè)沒有R87，則當(dāng)US_CH0的高電平直接加在三極管的BE上，>0.7V的電壓要到哪里去呢？

假設(shè)沒有R91，當(dāng)US_CH0電平狀態(tài)不確定時，默認是要Trig輸出高電平還是低電平呢?因此R91起到固定電平的作用。同時，如果無R91，則只要輸入>0.7V就導(dǎo)通三極管，門檻電壓太低了，R91有提升門檻電壓的作用(可參見第二小節(jié)關(guān)于蜂鳴器的分析)。

但是，加了R91又要注意了：R91如果太小，基極電壓近似

只有Vb>0.7V時才能使US_CH0為高電平時導(dǎo)通，上圖的Vb=1.36V

假設(shè)沒有R83，當(dāng)輸入US_CH0為高電平(三極管導(dǎo)通時)，D5V0(5V高電平)直接加在三極管的CE級，而三極管的CE，三極管很容易就損壞了。

再進一步分析其工作機理：

當(dāng)輸入為高電平，三極管導(dǎo)通，輸出鉗制在三極管的Vce，對電路測試結(jié)果僅0.1V

當(dāng)輸入為低電平，三極管不導(dǎo)通，輸出相當(dāng)于對下一級電路的輸入使用10K電阻進行上拉，實際測試結(jié)果為5.0V(空載)

請注意：

對于大電流的負載，上面電路的特性將表現(xiàn)的不那么好，因此這里一直強調(diào)——該電路僅適用于10幾mA到幾十mA的負載的電平轉(zhuǎn)換。

蜂鳴器驅(qū)動電路

上面是從周立功的iMX283開發(fā)板上載下的電路，既可以是有源也可以是無源蜂鳴器。來分析下：

計算下各處的電流(S9013的β=120，設(shè)蜂鳴器電流15mA)：

輸入為高電平的門檻電壓計算為：

R1起到了提供啊門檻電壓的作用。

有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的驅(qū)動電路區(qū)別主要在于無源蜂鳴器本質(zhì)上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續(xù)流二極管D1提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會有反向感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動三極管，并干擾整個電路系統(tǒng)的其它部分。而如果電路中工作電壓較大，要使用耐壓值較大的二極管，而如果電路工作頻率高，則要選用高速的二極管。

設(shè)計這種電路的基本思路：確定負載(蜂鳴器10mA~80mA)電流和輸入門檻電壓。依據(jù)1中的方法計算獲得R1與R2的值。

ULN2x03驅(qū)動電路

針對上面的驅(qū)動電路：

1.負載接的是紅外二極管，其串聯(lián)電阻是限流電阻，控制紅外發(fā)射強度

2.輸入連接到STM32的PWM功能普通IO口(設(shè)置推挽輸出)，COM口接輸出電壓5V

針對上面的電路測試(Power=5.0V)：

1.輸入3.3V，輸出0.6V

2.輸入0V，輸出5.0V

3.輸入不接，輸出5.0V

所以，ULN2003/2803同樣可以用于電平轉(zhuǎn)換，那這是為什么呢?ULN2803/2003與三極管又有什么關(guān)系——其內(nèi)部實現(xiàn)就是兩個三極管。

其結(jié)構(gòu)有3個特點：

1.輸出集電極開漏，因此可以自己接上拉電阻，將信號上拉到相應(yīng)的電平，ULN2803手冊上說明能承受的最大電壓為50V

2.數(shù)據(jù)手冊上說明在Ic=250mA時的輸入門檻電壓為VI(on)=2.7V

3.COM端接有一個反向二極管：接到輸出電源，用于驅(qū)動電機等負載電感器件時能在上下電時提供電流回路保護電路;輸出電壓高于COM端電壓，則電壓會鉗制在VCOM+0.4V左右(這里的二極管壓降較小)

ULN2003與ULN2803的區(qū)別僅在于ULN2003只有8個通道，而ULN2803有9個通道。

相對于前面的自己搭建的三極管電路，其具有更好的電流驅(qū)動特性，因此，前面的自己搭建的三極管電路適用于電平切換及小電流的驅(qū)動，而ULN2803及ULN2003適用于更大電流的驅(qū)動(Datasheet上說最大驅(qū)動電流能達到500mA左右)。因此常用ULN2803及ULN2003(還有其它的如75452、MC1413、L293D)提高系統(tǒng)的帶負載能力(電機、大型LED、繼電器等)。