请教如何计算三极管作为开关的电路参数

2019-07-16 08:00发布

对模拟电路不熟悉,请教一下:1,三极管为S8050,目标是用作开关,导通负载,负载是电阻型的,阻值约为32欧姆。
2,控制信号是STM32输出的3.3V PWM。
3,要让三极管饱和,看8050手册上写Vbe(SAT)=0.92~1.2V,但网上搜索了一下,很多帖子是按照Vbe=0.7V来计算的。请问是我的理解偏差了吗?
4,目前暂定R1=1K。要让三极管饱和,同时尽可能减少PWM引脚的功耗,R1应该怎样选择和计算?

谢谢大家!

8.png


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19条回答
jfdgs
1楼-- · 2019-07-16 12:07
假设开关信号频率不高,三极管允许进入深度饱和状态。

集电极电流估计:
Ic = (5V - 0.5V) / 32 Ω = 140.625 mA

根据数据手册,电流放大倍数至少在 40 以上。
以 hfe = 40 估算,有 Ib = Ic / hfe = 140.625 mA / 40 = 3.515625 mA
即基极电流在 3.515625 mA 以上三极管就能进入饱和状态。
注:一般单片机输出 3.5 mA 以上的电流应该没问题。

根据数据手册,最大 BE 结饱和压降 VBE(SAT) = 1.2V 。
基极电阻为 R1 = (3.3V - 1.2V) / 3.515625 mA = 597 Ω
取 R1 = 560 Ω

如果开关频率、功耗……等有要求,则可能需要提高 R1 的阻值。
比如通过实验确定饱和临界点的 Ib、Ic 的统计分布数据,
设置 Ib 到 99% 置信下限 / (1.5~2.0) ,应该就能获得满意的设计效果。
safaafd
2楼-- · 2019-07-16 16:49
 精彩回答 2  元偷偷看……
jfdgs
3楼-- · 2019-07-16 18:17

思路是一样的,在估计参数的时候,差异比较大……

如果保守一点,可以取 R1 小点,但功耗大、开关脉冲边沿不陡。
另外,实际的三极管个体之间、批次之间也会有(比较大的)差异。
要想设计得比较理想,需要上面说的通过实验来确定进入饱和状态的临界 Ib、Ic 的分布。
没有这样的数据,宜采取保守的设计(较小的 R1 值),
以牺牲功耗和开关速度来确保电路功能正确。
jfdgs
4楼-- · 2019-07-16 19:08
【实验方法确定饱和临界点】

原理图:
9.png
仿真波形:
10.jpg
读数:
10.png
通过改变 R1 的值,并测量 Vce 的值,得到下列数据:
11.jpg 11_png_thumb.jpg
可以看到饱和临界点对应 R1 = 5K 附近。
对饱和区和放大区分别建立关系曲线,得到下列结果:
12.jpg 33_png_thumb.jpg
1700859-1501091A435957.jpg 6621537400526.jpg
联合饱和区和放大区的方程,可以求出其交点,
即饱和临界点对应的 R1 值:
49491537400528.jpg
jfdgs
5楼-- · 2019-07-16 19:24
对不同批次的多个同型号的三极管,用同样的方法可以得到饱和临界的所对应的 R1 值的一个分布。

假设这个分布的均值为 4K, 99% 置信下限为 3.5K,则电阻的 99% 置信上限值可取:
R1 <= 3.5 - (4.0 - 3.5) = 3K

假设使用的是 10% 精度的电阻,即 10% × 标称值 = 3 × 标准偏差,
则宜取 6 × 标准偏差作为间隔,得到电阻标称值  × (1 + 10% × 2) <= 3K
即 R1 <= 2.5K,取 R1 = 2.2K (10%)
safaafd
6楼-- · 2019-07-16 23:22
非常感谢这位兄弟的耐心指点!
您的一系列回答对我的帮助非常大,接下来我会好好学习你提到的帖子。
谢谢!

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