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电路设计
请问如何计算三极管作为开关时的电路参数?
2019-07-16 08:36
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电路设计
8153
12
1287
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?
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12条回答
horayte
1楼-- · 2019-07-16 09:32
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。
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tigerwang711
2楼-- · 2019-07-16 12:04
精彩回答 2 元偷偷看……
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horayte
3楼-- · 2019-07-16 16:10
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。
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十个名字V
4楼-- · 2019-07-16 18:52
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%)
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tigerwang711
5楼-- · 2019-07-16 22:45
你好,这句有点不明白。“如果保守一点,可以取 R1 小点,但功耗大、开关脉冲边沿不陡”。R越小,R和输入电容组成的RC延时不是越小吗?则开关脉冲延不是越陡峭吗?请指导,谢谢!
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horayte
6楼-- · 2019-07-17 00:19
这是一个方面……
另一个方面是 R1 越小,饱和越深,退出饱和的时间越长。
最终结果看哪方面的因素起决定作用。
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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。
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。
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%)
这是一个方面……
另一个方面是 R1 越小,饱和越深,退出饱和的时间越长。
最终结果看哪方面的因素起决定作用。
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