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三极管和场效应管驱动电路应该如何设计-附实例讲解

关注列表来源:壹芯微发布日期 2021-04-03 浏览:-

三极管和场效应管驱动电路应该如何设计-附实例讲解

三极管属于电流型控制元登录,而场效应管属于电压控制元登录,首先要熟悉三极管和场效应管的基本原理,只有懂得其基本原理,才知道如何运用它。

1、三极管的基本原理及实例说明

三极管由两个PN结组成,根据PN结的排列方式不同可分为NPN型和PNP型三极管,其结构和符号如下图所示。三极管有三个极分别为:基极B、集电极C和发射极E。

三极管和场效应管驱动电路应该如何设计-附实例讲解

三极管有三个工作区间:截止区、放大区和饱和区,其伏安曲线如下图所示。

截止区:发射结两端施加电压不够,发射结反偏,基极电流为零,集电极-发射极电流也为零,集电极和发射极之间内阻很大,相当于断路状态。

放大区:放大区发射结正偏,其电流放大关系满足公式Ic=βIb,Ie=(β+1)Ib,其中β为三极管的放大倍数,该区域属于三极管的线性区。

饱和区:当集电极的电流达到最大时,三极管处于饱和状态,也就是说基极电流继续增大时,集电极电流不再增大而达到稳定,集电极、发射极之间的内阻最小,此区间发射结正偏,集电结正偏。

三极管和场效应管驱动电路应该如何设计-附实例讲解

实例说明:以NPN三极管为例(假设Ube=0.7V)

如下图所示,使用NPN三极管控制LED灯,由于三极管属于电流型控制元件,若基极输入端为电压,必须在基极上串联限流电阻。因为基极与发射极之间为一个PN结(发射结),压降为0.7V,因此只有输入电压Uin>0.7V时,该三极管基极才有电流,三极管才导通。

三极管和场效应管驱动电路应该如何设计-附实例讲解

(1)当Uin<0.7V时,三极管截止,LED灯不亮;

(2)当Uin>0.7V时,三极管CE之间才有电流,根据输入电压和电流电阻R1的大小可控制集电极的电流,从而控制负载的电流。其公式为:Ib=(Uin-0.7V)/R1,Ic=βIb,限流电阻的选择也是非常重要的,不能随便使用,需要根据实际情况计算。

假设VCC=12V,输入电压Uin=5V,该三极管的放大倍数β为50,最大集电极电流Ic=0.5A,若想要三极管工作在饱和区,则根据Ib=Ic/β=0.5A/50=0.01A=10mA,R1=(Uin-0.7V)/Ib=4.3V/10mA=430Ω,因此限流电阻R1必须选择430Ω左右。

2、场效应管的基本原理及实例说明

场效应管是电压型控制元件,场效应管也分N沟道场效应管和P沟道场效应管,场效应管也有三个极,分别为:栅极G、漏极D和源极S。

三极管和场效应管驱动电路应该如何设计-附实例讲解

场效应管也有三个工作区间:可变电阻区、饱和区(恒流区)和截止区,对于场效应管而言,栅极与源极之间的电压Ugs必须满足一定条件,管子才导通。

对于N沟道的场效应管而言,Ugs≥Uth,对于P沟道的场效应管而言,Ugs≤-Uth,Uth为场效应管的开启电压。

实例说明:以N沟道的场效应管为例(假设Uth=4V)

使用N沟道场效应管控制12V的LED灯,由于场效应管是电压控制元件,输入阻抗很大,几乎不走电流,因此栅极上串联电阻R1起保护作用。

(1)当Uin<4V时,场效应管截止,LED灯不亮;

(2)当Uin>4V时,场效应管才开始导通,但此时内阻很大,LED灯的电流较小。假设该场效应管的饱和驱动电压为8V,则4V<Uin<8V时,场效应管工作于可变电阻区(非饱和区),驱动电压Uin越大,其内阻越小;当Uin≥8V时,场效应管达到饱和状态,此时场效应管的内阻很小,一般几mΩ~几十mΩ。

三极管和场效应管驱动电路应该如何设计-附实例讲解

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