【技术专辑】BJT开关/驱动电路的快速分析

本技术简介解释了一种基于NPN双极结型晶体管评估开关/驱动电路的快速,直接的过程。

 

支持信息

 

•双极结型晶体管(BJT)简介

 

Arduino,Raspberry Pi,TI MSP430 LaunchPad以及各种其他嵌入式开发平台的激增导致了基于NPN双极结晶体管的基本开关/驱动电路的相应增长。这种配置允许微控制器输出引脚安全方便地控制高电流负载。下图描绘了两种标准应用 - 带LED和继电器控制的高强度照明。

 

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这个电路肯定有它的优点:

 

•它很简单,使用现成的零件。

 

•它非常灵活 - 通过选择合适的晶体管可以适应各种各样的电压和负载电流。

 

•您可以使用光耦合器而不是BJT轻松迁移到电隔离实现。

 

然而,它也带来了风险:自满。这很简单而且很普遍,这可能会鼓励我们简单地放入我们在网上找到的电路并假设它可以工作。

 

正如生活中的情况一样,一种尺寸并不适合所有人。以下是在完成BJT开关/驱动程序设计之前需要考虑的重要数量:

 

1.BJT基极电流(I B),也是GPIO引脚提供的电流

 

2.BJT有源区直流电流增益(β)

 

3.BJT集电极电流(I C),也是负载电流

 

这是一个直观的表示:

 

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I B不应超过驱动基极引脚的最大输出电流规格。为了检查这一点,假设基极 - 发射极结的恒定电压降为0.7 V. 这为您提供以下内容:

 

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其中V IO是芯片输入/输出电路的电源(常用值为5 V和3.3 V)。

 

接下来我们需要确认集电极电流是否足够高以正确驱动负载,2)不要太高以至于导致负载发生故障。第一步是使用BJT的有源区电流增益最小值计算近似的最小集电极电流。

 

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如果这小于最小可接受负载电流,则无法确定电路是否正常工作。要解决此问题,请使用较小的基极电阻或选择β较高的晶体管来增加基极电流。

 

下一步是使用β的最大值计算近似的最大集电极电流。如果I Cmax对于您的负载来说太高,则需要一个电阻来限制集电极电流。无论何时强制I C小于β×I B,都会将BJT移动到饱和区域 - 额外的电压降(由电阻产生)会降低集电极电压并导致基极 - 集电极结点变得不充分反向偏置用于有源区操作。(实际上,使用I C =β×I B设置集电极电流是不切实际的,因为β是如此可变;因此,您确保晶体管具有足够的电流增益,然后增加电阻以限制I C)。当您处于饱和模式时,您假设集电极 - 发射极结的电压固定,称为V CEsat ; 检查BJT的数据表,或使用0.2 V的常见但不精确的值。然后使用欧姆定律与V CC和V CEsat一起计算集电极电流并确认它在负载的可接受范围内。