这些三极管开关电路应用误区需要你注意

使用三极管开关电路来完成新产品的电路系统设计，已经成为很多工程师的选择，但是，这种看似简单的开关电路结构，你真的用对了吗？在今天的文章中，小编特别总结了一些常见的三极管开关电路应用误区，在平时的设计应用过程中如果能够避开它们，那么可以省去很多不必要的麻烦，大家一起来看看吧。

图1

为了更加直观的为各位技术人员进行简析，在这里我们以蜂鸣器作为被驱动器件的三极管开关电路设计为基础，来进行应用误区的相关解读。下图中，图1的左侧是NPN三级管，蜂鸣器接在三极管的集电极，驱动信号是常见的3.3V或5VTTL，高电平导通，电阻取4.7K。在这种前提条件下，该电路系统的左电路开通时假设为高电平5V，则基极电流可以通过该公式计算为：Ib=（5V-0.7V）/4.7K=0.9mA，可使三极管完全饱和，但如果是右边电路用的是PNP管，蜂鸣器同样接在三极管的集电极，不同的是驱动信号是5VTTL电平。以上这两个都可以正常工作，只要PWM驱动信号工作在合适的频率，蜂鸣器就会发出最大的声音。

图2

在了解了图1所示三极管开关电路运行情况之后，接下来我们就需要来看一些错误的使用和设计方法了。上图中，图2所展示的是两种常见的三极管开关电路错误应用方式。这两个电路图乍看上去与图1的非常相像，但是实际上相比图1的电路设计来说，图2最大的区别在于被驱动器件接在三极管的发射极。图2中，我们假设左边电路图的开通时假设为高电平5V，则基极电流Ib=（5V-0.7V-UL）/4.7K，其中UL为负载上的压降。可以看到，同样取基极电阻为4.7K，流过的基极电流会比图1左边电路的要小，小多少要看UL是多少。如果UL比较大，那么相应的Ib就小，很有可能导致三极管无法工作在饱和状态，使得被驱动器件无法动作。这时候可能有的技术人员会觉得，把基极电阻减小就可以了，可是被驱动器件的压降是很难获知的，有些被驱动器件的压降是变动的，这样基极电阻就较难选择合适的值，阻值选择太大就会驱动失败，选择太小损耗又增加。所以在非不得已的情况下，强烈不建议选用图2的这两种电路。

图3

除了图2所展示的两种错误的三极管开关电路应用方式之外，还有两种错误也同样是工程师在设计过程中常出现的，其设计电路图如上图图3所示。就图3所设计的开关电路系统而言，如果该电路中的驱动信号为3.3VTTL电平，而被驱动器件开通电压需要5V。在3.3V的MCU电路中，很容易就设计出这两种电路，而这两种电路都是错误的。首先我们来分析一下图3的左边电路，这种设计是典型射极输出器。当PWM信号为3.3V时，那么三极管发射极电压计算为3.3V-0.7V=2.6V，无法达到期望的5V。同样的，右边所设计的电路有很大的问题，这个电路开通是没有问题的，也就是当驱动信号为低电平时，被驱动器件可以正常动作。然而这个电路最大的问题是它无法关断，也就是说，当驱动信号PWM为3.3V高电平的时候，Ube=5V-3.3V=1.7V，这样的电压仍然可以使三极管开通，于是无法关断。

看到这里，有的工程师可能会很疑惑，因为这种电路也是目前设计中比较常见的应用模式，而且这样的三极管开关电路在部分电路系统应用中是完全可以做到关断和开启的，并没有什么问题，而且MCU的电压也是3.3V。之所以这种开关电路没有在应用过程中出现关断故障，那是因为系统本身采用的是OD开漏驱动方式，而且是真正的OD或者是5V容忍的OD驱动，比如STM32的很多IO口都可以设置为5V容忍的OD驱动方式。当驱动信号为OD门驱动方式时，输出高电平，信号就变成了高阻态，流过基极的电流为零，三极管可以有效关断，这个时候右边电路依然有效。

三极管开关电路虽然在设计的过程中具有简便易操作的优势，但是也同样是需要工程师们认真对待的，合理设计并利用这种开关电路可以快速有效的完成电路系统设计工作。希望通过本文的简析，能够对各位工程师们的设计工作有所帮助。