一、说明
本文演示了一个使用MCU驱动小功率器件时,采用三极管来驱动器件,这时限流电阻应该如何选取。

如上图所示:
使用单片机IO口控制一个小功率器件,这里使用了一个灯烛。
假设负载的导通压降为2V,额定工作电流20mA;
本文假设mcu输出的低电平为0V,高电平为3.3V;
三极管的导通电压假设为0.7V;
VCC电压假设为5V。
二、使用NPN型三极管工作状态分析
1. 饱和状态基本要求
采用的三极管是一个NPN型三极管,其作为开关使用时,工作在饱和状态,要求:

公式中:
Uon 表示开启电压
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Uce可以近似看为0,
mcu输出低电平 , 这时三极管处于截止状态,负载电流为0。
mcu输出高电平,这时三极管饱和导通。
2. 计算限流电阻R2
负载的工作电压2V,可以计算出R2上的分压为3V,由此计算R2阻值:

3.Ib
为了让Uce尽可能小,三极管处于深度饱和状态,一般取Ib为Ic的 十分之一,即:

4. 计算Rb
三极管的导通电压约为0.7V,计算R1的阻值:
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这时的电路是这样的:

5. 下拉电阻
上面的电路中,在单片机上电时,如果IO处于输入状态,则其电压可能处于不确定的状态。实际电路中,会在三极管的基极加一个下拉电阻,以让IO口在上电时有一个确定的电平 。下拉电阻的取值一般是10K。

如上图所示,由于Ube 仍为0.7V,R3上的电压也是0.7V,R3会分担0.7mA的电流,相对于Ib的2mA电流,影响并不大。
三、使用PNP型三极管工作状态分析
1. 示例原理图
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这里三极管接的VCC假设与IO上拉采用相同电压值。
2. IO输出低电平
这时三极管处于饱和导通状态。
3. IO输出高电平
正常情况下,这时三极管处理截止状态。
需要注意的是,如果mcu的高电平是3.3V,而外面上拉电压是5V,这时PNP仍有可能处于饱和导通状态。而且5V电压有可能通过IO反灌到MCU,可能会造成MCU烧毁。
所以一般这种电路采用NPN型三极管的比较多一些。
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