探索晶體管驅(qū)動負(fù)載的技巧

在電子制作時(shí)，經(jīng)常涉及到需要控制蜂鳴器、繼電器、電機(jī)等元件，發(fā)現(xiàn)晶體管負(fù)載的不同接法，效果差別很大，有的接法甚至?xí)?dǎo)致電路工作不可靠，下面將介紹常見的負(fù)載驅(qū)動電路、驅(qū)動電路及元器件的選擇和使用進(jìn)行討論。

晶體管（又稱三極管）可分為NPN 型和PNP 型，目前常用的NPN 型三極管有8050、9013、2N5551 等，PNP 型三極管有8550、9012、2N5401 等。 　　

1、常見負(fù)載的驅(qū)動電路 　　

圖1 是NPN 型、PNP 型晶體管驅(qū)動各種負(fù)載的典型電路。要求使負(fù)載上得到最大的功率，晶體管上消耗最小的功率。

圖1 NPN 型、PNP 型晶體管驅(qū)動各種負(fù)載的典型電路 　　

2、驅(qū)動電路及元件選擇 　　

使用晶體管驅(qū)動負(fù)載主要利用晶體管的開關(guān)特性，也就是通過控制晶體管在飽和區(qū)和截止區(qū)之間切換來控制負(fù)載的接通和關(guān)閉。那么有的電子愛好者會問：什么時(shí)候選擇NPN 型晶體管驅(qū)動電路？什么時(shí)候選擇PNP 型晶體管驅(qū)動負(fù)載？對于相同類型的晶體管，該如何選擇晶體管的具體型號？基極電阻應(yīng)該如何選??？下面對這些問題作一下簡要說明。

2.1.負(fù)載驅(qū)動電路的選擇 　　

選用NPN 型、還是PNP 型晶體管驅(qū)動負(fù)載，要看設(shè)計(jì)者的要求。如圖1（a）、（c）、（e）是使用NPN 型晶體管驅(qū)動負(fù)載的電路，高電平“1”可以控制晶體管導(dǎo)通（負(fù)載通電）、低電平“0”使晶體管截止（負(fù)載斷電）。而圖1（b）、（d）、（f）是使用PNP 型晶體管驅(qū)動負(fù)載的電路，導(dǎo)通條件剛好相反。 　　

2.2.晶體管型號的選擇 　　

NPN 型晶體管8050、9013、2N5551 的集電極最大電流分別為1500mA、500mA、600mA，PNP 型晶體管8550、9012、2N5401 的集電極最大電流分別為1500mA、500mA、500mA。驅(qū)動蜂鳴器、繼電器、電機(jī)等負(fù)載，主要看晶體管集電極電流是否能滿足負(fù)載要求。 　　

2.3.基極電阻的選擇 　

　

如圖2 所示是NPN 型晶體管2N5551 的特性曲線，最下方選中的曲線對應(yīng)Ib=1mA，最上方的曲線對應(yīng)Ib=5mA。

圖2 NPN 型晶體管2N5551 的特性曲線 　　

由圖2 中可以看出，基極電流Ib 越大，對應(yīng)的集電極電流Ic 越大。我們?nèi)绻Ｍ?fù)載上得到大的電流，那么基極電流就需要盡可能的大。圖1 所示的各種驅(qū)動電路中，我們經(jīng)常取基極電阻約1k，對應(yīng)的基極電流約為4~5mA，集電極電流能滿足負(fù)載要求。 　

3、Multisim仿真 　　

初學(xué)者使用晶體管驅(qū)動負(fù)載時(shí)，有時(shí)會錯誤地把負(fù)載接在晶體管發(fā)射極一端，如圖3（b）所示，這樣做負(fù)載上得到的功率會比較小。我們可以通過仿真來分析。

圖3 　　

為了說明晶體管負(fù)載的不同接法對驅(qū)動電路的影響，我們借助Multisim 10 仿真軟件分析負(fù)載電阻為100、1k、10k 情況下圖3（a）、（b）中電路的各個(gè)參數(shù)，得到的仿真結(jié)果如表1 和表2 所示。


從表1 和表2 中可以看出，如圖3（a）所示負(fù)載接晶體管集電極的驅(qū)動電路，負(fù)載上得到的電壓Ur 接近電源電壓、得到的功率Pr 較大。如圖3（b）所示負(fù)載接晶體管發(fā)射極的驅(qū)動電路，由于晶體管導(dǎo)通需要滿足Ube>0.7V 條件，所以負(fù)載上得到的電壓要比偏置電壓低0.7V，最大約為4.3V，結(jié)果導(dǎo)致負(fù)載上得到的功率較小。

同樣，對于PNP 型晶體管，負(fù)載接晶體管集電極一端時(shí)負(fù)載上得到的功率也較大。 　

4、硬件實(shí)驗(yàn) 　

我們制作了晶體管的測試電路板，分別對NPN 型晶體管2N5551、PNP 型晶體管2N5401 驅(qū)動電路中相同負(fù)載的不同接法做了實(shí)物測試。圖4（a）是晶體管測試電路板的原理圖，將圖4（a）左邊J1 的1、2 引腳短接，可以測試NPN 型晶體管負(fù)載驅(qū)動電路；將J1的2、3引腳短接，可以測試PNP型晶體管負(fù)載驅(qū)動電路。


圖4（a）是晶體管測試電路板的原理圖，圖4（b）是晶體管測試電路的實(shí)物連接圖，左側(cè)的電流表顯示電路的基極電流Ib，中間的電流表顯示集電極電流Ic 或發(fā)射極電流Ie，右側(cè)電壓表顯示晶體管集電極和發(fā)射極之間電壓Uce。實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如表3 所示。


表3 （測試條件Vcc=5.04V）

從表3 可以看出，在負(fù)載相同情況下，無論選用NPN 型晶體管或PNP 型晶體管，負(fù)載接在晶體管集電極端時(shí)負(fù)載上得到的電壓較大、得到的功率也較多，晶體管壓降小。 　

5、結(jié)論 　　

通過Multsim 軟件仿真和硬件實(shí)物測試，我們得出如下結(jié)論：在使用晶體管作開關(guān)驅(qū)動負(fù)載時(shí)，為了使負(fù)載上得到較大的功率，應(yīng)該將負(fù)載接在三極管的集電極使用，通過基極的電流要0.1 倍的負(fù)載電流或更大。