晶体管是一种可变电流的开关,能够控制电流输出。可以说晶体管在电路设计中有很重要的位置。但是在试验中一般都是使用晶体管电路设计实验板。
首先来看一个负载控制的实例,电路中以“{RL}”来替代负载。通过单片机的I/O来方便的控制负载通断电,图1所示的电路简单明了,使用一个NPN晶体管,高电压平通,低电平断。但再仔细想想,好像没有表面上的那么简单,至少需要考虑到以下几个因素:
流入晶体管基极电流的大小,取决于负载电流和hFE( DC Current Gain);
晶体管的电大允许通过电流,取决于IC( Collector Current - Continuous);
晶体管集电极的电大耐压值,取决于VCEO(Collector-Emitter Voltage);
晶体管能承受的最大功耗,取决于PD(Total Device Dissipation)。
仅针对上面提到的四个因素,其中任何一个不合适,都会导致电路不能正常的运行,甚至烧毁晶体管。因此很多时候是我们把复杂的事情简单化,或是疏忽,或者没有足够的能力看清它,而只有当它“东窗事发”的时候才会引起我们足够的重视。
上面的实现方式是用一个NPN来实现的,如果现在要求换成是用一个PNP呢?还能这么“简单”的实现吗?答案是否定的,因为很多时候负载的供电电压要明显高于单片机的供电电压,即使是在负载5V供电,单片机3.3V供电的时候,只用一个PNP也会出现不能关断负载的问题(Why?)。那这时候常见的解决办法是再加入一个NPN晶体管,如图2所示。图1和图2也就够成了常见的低压侧、高压侧的开关控制电路。有了前面的这些基础,下面再加入一个新的电路需求,用晶体管实现过流保护电路。感兴趣的同学可以先不要往下看,自己在脑海中想一想,看看有没有火花迸出来。
为了方便仿真,控制端直接接到了负载电源24V的电压上,也就是一上电压负载就应该导通。图中使用的晶体管只是LTspice仿真模型库当中现成的模型,没有什么特殊的型号要求,并用一个PNP晶体管替代了图3中的两个PNP管构成的Darlington管。“.tran 1ms”是用来执行上电以后1ms时间内的瞬态分析,“.step param RL list 10 100”是用来仿真当负载电阻分别10和100欧姆时的电路工作情况。
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