基于三极管的开关电路

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一、三极管基础知识

本节只需要了解以下三极管的基础知识即可。

1.1三极管三个级

b：基级

c：集电极

e：发射级（符号中箭头可朝里可朝外）

1.2三极管的开关作用

三极管工作在饱和状态， U_{on}”>， U_{ce}”>，可以近似看成是0。

be之间通信号：通小电流、小电压，则管子打开

ce之间通电流：管子打开，通大电流

后续如果有需要了解的知识点会在后续的笔记中提及。

二、NPN开关电路

蜂鸣器并联二极管或者电阻的原因：蜂鸣器发声原理是需要电感，产生感应电动势，需要有二极管将其吸收、钳位。

2.1特点

NPN管在下，发射级接地。

2.2原理

（1）导通过程：

1. STM32的PA0口电压为3.3v时，be导通→ce导通→蜂鸣器发声
2. STM32的PA0口电压为0v时，be截止→ce截止→蜂鸣器无声

（2）基级限流电阻的选择

（就是上图的）

假设PA0的低电平为0，高电平为3.3v；灯（同上的蜂鸣器）的参数2V/20mA 。

灯的限流电阻为（5V-2V）/20mA=150欧姆。

为了让三极管CE间的电压尽可能小，三极管处于一个深度饱和的状态。

一般，三极管导通电压。

（3）下拉电阻

一般是10K，作用如下：

1. 由于STM32上电时，其状态一般为输入状态，为了让三极管上电时有一个稳定的电平，不会误动作。采用下拉电阻，一般是10K，会分走基级约0.07mA的电流，可以忽略。
2. BE之间有等效电容，也用于放电。

2.3注意事项

1. STM32正常工作的IO口驱动电流为正负8mA，只当做信号，不要用该口去驱动。一方面是电流太小根本驱动不了；另一方是即使驱动，增加单片机的功耗，单片机是一个信号芯片。
2. VCC电压不受单片机IO的限制。简而言之是因为VCC的电流不流向单片机，两者无电气连接，故VCC可以是12V、24V。

三、PNP开关电路

2.1特点

PNP管在上，发射级接VCC。

2.2原理

导通过程：同上，略。

2.3注意事项

单片机和VCC有电气连接，VCC的电流会流向单片机，VCC的电压值不能超过3.3v。

（1）单片机无法控制蜂鸣器开关

1. 当单片机的IO口为3.3v时，VCC为5v时，eb导通，蜂鸣器发声。
2. 当单片机的IO口为0v时，VCC为5v时，eb导通，蜂鸣器发声。

（2）VCC=12V或者其他更高电压值，经过电阻支路，超过单片机IO的耐压，烧坏单片机的IO口。

三、三极管选型

需要特别关注下面的参数

四、复合管（达林顿管）

4.1定义

（1）复合管的组成

多只管子合理连接等效成一只管子。  

（2）目的

增大，减小前级驱动电流，输出电流变大，还可以改变管子的类型。

4.2简单示例

4.2.1增大输出电流

两跟NPN管子，组合变成一个新的NPN管具有更大的。

可以达成小电流（）撬动大电流（）的目的。

4.2.2改变管子类型

PNP管+NPN管→PNP管

4.2.3NPN驱动PNP

简而言之，前面说到PNP管（上）驱动放大电路有很多问题，上图的双管旗下可以避免这个问题。

1路：PA0→驱动N管

2路：+12V得以导通，P管的基级也有电流

3路：P管导通，灯亮

4.3芯片ULN2803

4.3.1原理图

将电阻、电容全部集成在芯片内部。

其中原理图上方的二极管类似前面蜂鸣器并联的二极管，用于消除有感应电动势的负载的感应电动势，如蜂鸣器、继电器。

4.3.2特点

（1）简介

新型八路高耐压、大电流（达林顿晶体管阵列常用来驱动继电器，蜂鸣器，小功率步进电机，小功率直流电机，LED灯等。

（2）特点

1. 耐高压(输出端到公共端耐压可达50V)
2. 500mA 集电极输出电流(单路)
3. 输入兼容 TTL/CMOS 逻辑信号，即输入（B）处可以是5V和3.3V的单片机。
4. 广泛应用于继电器驱动
5. 静电能力:8000V(HBM)