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三极管,也成为半导体三极管、晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件其主要的 一些参数如下:

VCBO(Collector-Base Voltage)是发射极开路时集电极与基极之间能加的最大电压值,是集电结所允许加的最高反向电压;VCEO(Collector-Emitter Voltage)是指基极开路时集电极和发射极之间能加的最大电压,一但超出此电压三极管就有可能损坏;VEBO (Emitter-Base Voltage) 是集电极开路时三极管发射结的反向耐压值,一旦超出此电压三极管就有可能损坏(一般VEBO比较小,只有几V)。

因为VCEO是基极开路时加在集电极和发射极之间的电压,集电结是反向电压,发射结是正向电压,发射结的正向电压大小决定与流过它的电流大小。这个电流受穿透电流的影响存在雪崩倍增效应。所以VCEO要比VCBO小的多。VCBO没有穿透电流影响,只是电压过高引起的击穿雪崩电压,所以高。

IC(Collector Current-Continuous)其实是ICM(最大集电极电流),当iC大于ICM时,三极管不一定会损坏,但其放大倍数β会明显下降。iC在相当大的范围内β值基本不变,但当iC的数值大到一定程度时β将减小,使β值明显减小的iC即为ICM。

PC(Collector Dissipation)其实是PCM(最大集电极耗散功率),对于确定型号的三极管,PCM时一个确定值。

ICBO是发射极开路时集电结的反向饱和电流,ICEO是基极开路时集电极与发射极间的穿透电流,同一型号的管子,反向电流越小,性能越稳定,选用三极管时,ICBO与ICEO应尽量小。

HFE是晶体管的直流放大系数,是指在静态(无变化信号输入)情况下,晶体管IC与Ib的比值。β是指晶体管的交流电流放大系数,表示晶体管对交流变化信号的电流放大能力。两者在概念上有所区别,但数值上基本一致,在大多情况下可不加区分,视同一样。

VCE(sat)是三极管的饱和压降,当IB一定时,IC会随UCE的增大而增大(从零开始增大),但UCE增大到一定值时,IC则基本不变,进入饱和区,VCE(sat)应该就是使IC进入饱和状态时的最小UCE的值。VBE(sat)好像就是基极和发射极之间的最小导通电压。

三极管的管压降:是指基极B与发射极E之间加上正确的电压后,集电极C和发射极E之间的压降VCE,而UBE是使三极管导通时的压降。

三极管的电流流向如图1所示,其常用应用主要有:

图1 NPN与PNP三极管的电流流向

①、可以通过单片机控制三极管的基极来间接控制LED灯的亮灭,图2是两种简单的单片机直接控制LED亮灭的电路接法。

图2 单片机直接控制LED电路

第一种接法似乎可以很好的控制LED的亮灭,但单片机的I/O口主要起控制作用,其电流输入(灌电流,即电流承受能力)和电流输出(拉电流)的能力相对较弱,以STC89C52来说,整个单片机的工作电流,不要超过50mA,单个IO口电流不要超过6mA,即使一些增强型51的IO口承受电流大一点,但也还要受到总电流的限制。而要点亮一个LED灯就需要大概10mA的电流,所以如果仅仅接一两个LED小灯观察,可以勉强直接用单片机的IO口来接,但要点亮多个LED灯时,从实际工程的角度去考虑,就不推荐直接接IO口了,因为如果直接接到单片机的IO口,那单片机肯定是承受受不住的,即使短时间可以承受,长时间工作就会不稳定,甚至导致单片机烧毁。

第二种接法由于单片机IO口输出电流很有限,普通IO口输出高电平的时候,大概只有几十到几百uA的电流,达不到1mA,也就点不亮这个LED灯或者亮度很低。

为了能很好的实现单片机对LED的亮灭控制,可以通过单片机控制三极管的基极来间接控制实现。其实现电路如图3所示,左边是用NPN三极管实现,当IO口为高电平时,三极管导通,因为三极管的电流放大作用,C极电流就可以达到mA以上了,就可以成功点亮LED小灯。右边是用PNP管实现,原理与NPN管类似。

图3 IO口通过三极管控制LED的电路接法

当然,就这种情况而言,如果不采用三极管的话,也可使用一些驱动IC可以作为单片机的缓冲器来实现,其仅仅起电流驱动缓冲作用,不起到任何逻辑控制的效果,如74HC245,这个芯片在逻辑上起不到什么别的作用,就是当做电流缓冲器的, 74HC245稳定工作在70mA电流是没有问题的,比单片机的8个IO口大多了,所以我们可以把他接在小灯和IO口之间做缓冲,如图4所示(其VCC处接的电容为去耦电容)。

图4 电流驱动IC电路

②、三极管也可以进行不同电压之间的转换控制,例如单片机的IO口是5V系统,如果直接接12V系统会烧坏单片机,这时加一个三极管,因为三极管的工作电压高于单片机的IO口电压,可实现用5V的IO口来控制12V的电路,应用电路如图5所示。

图5 三极管电压转换电路

当IO口输出高电平5V时,三极管导通,OUT输出低电平0V,当IO口输出低电平时,三极管截止,OUT则由于上拉电阻R2的作用而输出12V的高电平,这样就实现了低电压对高电压的控制。

以上两个示例都是让三极管处于开关状态,即导通时使之工作于饱和区,关断时使之工作于截止区。其计算公式如下(见图6):当Q1处于临界饱和时,流经R1的电流为 Ic=(VCC-UCE)/R1,若Q1的直流增益为β(β有直流增益和交流增益之分,不同的管子差很大),则流经R2的电流为 Ib=Ic/β=(Vin-VBE)/R2,VBE为基极与射极间的管压降,对硅管来说约为0.6V,对锗管来说,约为0.3V,此时的Vin=Ib*R2+Vbe。若要令Q1处于饱和状态(即开关闭合状态),Vin应大于临界饱和值,即Vin>Ib*R2+Vbe,Vin=VBE+(( VCC-UCE)*R2)/(β*R1)。若要令Q1处于截止状态(即开关打开状态),只需令Vin<>即可,说简单点就是直接令Vin=0。

图6 三极管常见应用

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