三极管显身手 电平转换及驱动电路

来源:互联网 发布:by2为什么不红了知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 09:30

三极管是工程师在电源电路设计中最常用的器件,是把微弱信号放大成辐值较大的电信号,被用作无触点开关。本文就将分享一种三极管的电平转换以及驱动电路。

  



  如上图,左端接3.3V CMOS电平,可以是STM32、FPGA等的IO口,右端输出为5V电平,实现3.3V到5V电平的转换。

  现在来分析下各个电阻的作用(抓住的核心思路是三极管的Vbe导通时为恒定值0.7V左右):

  假设没有R87,则当US_CH0的高电平直接加在三极管的BE上,>0.7V的电压要到哪里去?

  假设没有R91,当US_CH0电平状态不确定时,默认是要Trig输出高电平还是低电平呢?因此R91起到固定电平的作用。同时,如果无R91,则只要输入>0.7V就导通三极管,门槛电压太低了,R91有提升门槛电压的作用(可参见第二小节关于蜂鸣器的分析)。

但是,加了R91又要注意了:R91如果太小,基极电压近似

  


  只有Vb>0.7V时才能使US_CH0为高电平时导通,上图的Vb=1.36V;假设没有R83,当输入US_CH0为高电平(三极管导通时),D5V0(5V高电平)直接加在三极管的CE级,而三极管的CE,三极管很容易就损坏了。

  再进一步分析其工作机理:

  当输入为高电平,三极管导通,输出钳制在三极管的Vce,对电路测试结果仅0.1V;当输入为低电平,三极管不导通,输出相当于对下一级电路的输入使用10K电阻进行上拉,实际测试结果为5.0V(空载)。

  请注意:

  对于大电流的负载,上面电路的特性将表现的不那么好,因此这里一直强调——该电路仅适用于10几mA到几十mA的负载的电平转换。

  ULN2x03驱动电路:

  针对上面的电路测试(Power=5.0V):

  输入3.3V,输出0.6V;输入0V,输出5.0V;输入不接,输出5.0V


  所以,ULN2003/2803同样可以用于电平转换,那这是为什么呢?ULN2803/2003与三极管又有什么关系——其内部实现就是两个三极管。


  其结构有3个特点:

  输出集电极开漏,因此可以自己接上拉电阻,将信号上拉到相应的电平,ULN2803手册上说明能承受的最大电压为50V;数据手册上说明在Ic=250mA时的输入门槛电压为VI(on)=2.7V;COM端接有一个反向二极管,接到输出电源,用于驱动电机等负载电感器件时能在上下电时提供电流回路保护电路;输出电压高于COM端电压,则电压会钳制在VCOM+0.4V左右(这里的二极管压降较小)。

  ULN2003与ULN2803的区别仅在于ULN2003只有8个通道,而ULN2803有9个通道。

  相对于前面的自己搭建的三极管电路,其具有更好的电流驱动特性,因此,前面搭建的三极管电路适用于电平切换及小电流的驱动,而ULN2803及ULN2003适用于更大电流的驱动(Datasheet上说最大驱动电流能达到500mA左右)。因此常用ULN2803及ULN2003(还有其它的如75452、MC1413、L293D)提高系统的带负载能力(电机、大型LED、继电器等)。


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