[任務] GPIO通常無法提供比較大的拉電流和灌電流,試用三極管設計開關電路,以驅(qū)動大功率負載。
[構思] 以NPN三極管(PNP管設計為NPN情形的對偶類推,即VCC與GND對偶互換;NPN管C極接收灌電流,而PNP管C極輸出電流)代替受控開關SW??刂颇P腿鐖D1,控制波形如圖2(類似于非門)。三極管代替開關SW后,基極電流必須限制(否則會燒毀三極管),所以在基極串聯(lián)電阻R1;當輸入控制信號vi浮空(高阻態(tài))時,有可能使三極管誤導通,所以在基極接下拉電阻R2,使三極管在控制信號vi為低電平或高阻態(tài)時,基極電平“鉗制 ”在低電平而不至于因外界干擾而誤導通。須知:負載的誤動作有時是極其危險,甚至是致命的。構造的三極管開關電路如圖3。
[分析] 如圖3:當輸入信號vi為高電平時,開關閉合,負載RL通電,輸出信號vo為低電平;當輸入vi為低電平時,開關斷開,負載RL斷電,輸出信號vo為高電平。一般而言,VCC為負載RL的額定電壓,為了使負載工作正常,負載的工作電壓越接近VCC越好。因此,當三極管導通時,集電極與發(fā)射極之間的壓降(UCE)越小越好,這意味著三極管工作在飽和狀態(tài),接下來的元件參數(shù)計算正是基于這種狀態(tài)。
[計算] 假定輸入信號為TTL電平(0V,5V),負載RL額定電流IC = 5mA,選用2SC2458三極管:hFE(min) = 70,BV = 50V,ICM = 0.15A, PCM = 0.2W, f = 80MHz。見圖4。
下面計算R1,R2的取值:
使基極電流達到集電極電流的1/hFE(IB=IC/hFE),晶體管將處于導通狀態(tài)??紤]到hFE的分散性及基極電流受溫度影響而變化等因素,應使基極電流稍大些(過驅(qū)動),通常按所使用的三極管hFE的最低值計算的基極電流的1.5~2倍,即IB=(1.5~2) *IC/hFE(min)。已知:IC=5mA,hFE(min)=70,IB=(1.5~2) IC/hFE(min)=(1.5~2)×5/70 = 0.1~0.14mA,可取0.2mA(一位小數(shù)且大于0.14mA)。
由于三極管導通時,基極電位為0.7V,故高電平(5V)在R1上產(chǎn)生的壓降為4.3V。前面已算出IB=0.4mA,故R1=4.3/0.2=22kΩ。
R2下拉確保輸入信號為低電平或高阻態(tài)時三極管可靠截止,如果R2過大,將很容易受到外界噪聲的干擾,過小則會過度分基極電流。這里不妨使R2=R1=22kΩ 。最終設計完成的原理圖如圖5。
評論
查看更多