你的位置:首頁 > 測試測量 > 正文

元器件必修課:用三極管打造驅(qū)動電路

發(fā)布時間:2015-02-01 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】驅(qū)動電路可以說是每一個電子工程師的必修課。能夠應(yīng)用不同的電子元器件打造不同的驅(qū)動電路更是重中之重。本文要介紹的是用三極管打造的3.3V-5V電平轉(zhuǎn)換電路,并分析了電路的結(jié)構(gòu)特點。

元器件必修課:用三極管打造驅(qū)動電路
圖1:3.3V-5V電平轉(zhuǎn)換電路

如上圖,左端接3.3V CMOS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?,F(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:
元器件必修課:用三極管打造驅(qū)動電路
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。當輸入為低電平,三極管不導(dǎo)通,輸出相當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。
[page]
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:
元器件必修課:用三極管打造驅(qū)動電路
R1起到了提供門檻電壓的作用。

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)計這種電路的基本路子是: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。針對下面的驅(qū)動電路,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。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。

元器件必修課:用三極管打造驅(qū)動電路
圖2:ULN2x03驅(qū)動電路

針對上面的電路測試(Power=5.0V):

輸入3.3V,輸出0.6V;
輸入0V,輸出5.0V;
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。

元器件必修課:用三極管打造驅(qū)動電路
圖3:ULN2803/2003

其結(jié)構(gòu)有3個特點:

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。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。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)。

相關(guān)閱讀:

電路飛起來:基于多用途三極管的逆變電源電路圖
區(qū)別大不同!ON狀態(tài)下,MOSFET與三極管有何區(qū)別?
蜂鳴器作為被驅(qū)動器件的三極管有雷區(qū)!你踩雷了嗎?

要采購蜂鳴器么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉