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  • 三極管開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)解析(繼電器驅(qū)動(dòng)電路)
    • 發(fā)布時(shí)間:2020-10-17 17:26:20
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    三極管開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)解析(繼電器驅(qū)動(dòng)電路)
    三極管開(kāi)關(guān)電路
    1. 電路原理
    三極管開(kāi)關(guān)電路常用于驅(qū)動(dòng)繼電器、電磁閥、水泵、LED等電氣件。本文以繼電器驅(qū)動(dòng)電路為例進(jìn)行設(shè)計(jì),電路原理如圖1所示。
    三極管開(kāi)關(guān)電路
    圖1
    開(kāi)關(guān)作用的三極管工作于飽和區(qū)與截止區(qū)。設(shè)計(jì)要確保開(kāi)通時(shí)的三極管具有足夠大的基極輸入電流或具有足夠大的放大倍數(shù),使得集電極電流Ic<β*Ib,三極管即可工作于飽和區(qū)。如果三極管工作在線性放大區(qū)的話,將會(huì)極大地增加三極管的耗散功率,進(jìn)而使三極管發(fā)熱量增大而發(fā)燙,甚至損壞。
    繼電器一般用于控制大電流的負(fù)載,比如加熱管、電機(jī)等。圖1電路的工作原理如下:主控輸出高電平給NPN三極管Q1的基極時(shí),三極管飽和導(dǎo)通,繼電器線圈通過(guò)電流,繼而產(chǎn)生磁場(chǎng)吸合內(nèi)部的彈片,輸出回路導(dǎo)通;主控輸出低電平時(shí),三極管截止,繼電器線圈斷開(kāi)沒(méi)有電流,輸出回路斷開(kāi)。
    下面介紹各元器件在電路中的作用。
    由于繼電器、電機(jī)等負(fù)載為感性負(fù)載,在截?cái)嚯娏鲿r(shí)由于電感的自感效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生非常大的反電動(dòng)勢(shì)(楞次定律),這個(gè)電壓與電源電壓疊加后,再加載在三極管的集電極和發(fā)射極之間,一般會(huì)超過(guò)三極管的集電極-基極電壓、集電極-發(fā)射極電壓的最大額定值VCBO、VCEO,從而使三極管被擊穿損壞。
    因此實(shí)際應(yīng)用中會(huì)給負(fù)載并聯(lián)一個(gè)二極管D1,注意方向不能反,否則會(huì)導(dǎo)致電源短路。當(dāng)三極管截止負(fù)載產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)時(shí),三極管集電極電位大于(12+0.7)V時(shí),二極管就會(huì)導(dǎo)通,將集電極電壓鉗位在12.7V(0.7V為二極管的導(dǎo)通壓降),從而防止三極管被擊穿。因此,這個(gè)二極管被稱為續(xù)流二極管。
    電阻R2的作用是為三極管提供足以工作在飽和區(qū)的基極電流,同時(shí)進(jìn)行限流。電阻R3的作用是確保三極管基極輸入端開(kāi)路時(shí),基極電位等于發(fā)射極電位,三極管能夠可靠截止。
    2. 計(jì)算選型
    繼電器:根據(jù)實(shí)際控制的負(fù)載功率進(jìn)行選擇,本設(shè)計(jì)中選用5A規(guī)格,部分參數(shù)如圖2所示,從中可知繼電器接通觸點(diǎn)的動(dòng)作電壓≥9V,斷開(kāi)觸點(diǎn)的釋放電壓≤0.6V,線圈電阻320R,因此設(shè)計(jì)的三極管開(kāi)關(guān)電路,必須保證開(kāi)通和截止時(shí)的繼電器電壓滿足此要求。
    三極管開(kāi)關(guān)電路
    圖2
    三極管:根據(jù)繼電器的規(guī)格書(shū)可知,負(fù)載電源為12V,負(fù)載電流I=12/320=37.5mA。因此三極管的VCBO、VCEO至少應(yīng)大于12V,集電極電流IC應(yīng)大于37.5mA,最終選擇M8050,規(guī)格參數(shù)如圖3和圖4所示。
    三極管開(kāi)關(guān)電路
    圖3
    三極管開(kāi)關(guān)電路
    圖4
    二極管:反向電壓應(yīng)該大于負(fù)載電源電壓,正向電流大于負(fù)載電流,選擇1N4148,VR=75V,IF=200mA,IFRM=450mA,如圖5所示。
    三極管開(kāi)關(guān)電路
    圖5
    電阻R2和R3:為了使三極管工作在飽和區(qū),基極電流應(yīng)該大一些,保險(xiǎn)起見(jiàn),至少應(yīng)大于使用hFE的最低值計(jì)算得到基極電流的1.5倍。此例中,負(fù)載電流IC=37.5mA,由圖4可知三極管hFE最小值為45,可得基極電流IB=37.5/45=0.83mA,最終取為2倍大小2mA。由于三極管發(fā)射極接地,其電位為0,基極電位比發(fā)射極高0.6V,因此,當(dāng)輸入信號(hào)為3.3V時(shí),電阻R2兩端的壓降為(3.3-0.6)=2.7V,R2=2.7/2=1.35KR,取為1KR。該計(jì)算過(guò)程省略了流過(guò)電阻R3的電流,因此R3取值要大一點(diǎn),本設(shè)計(jì)將R3取為10K,流過(guò)的電流為0.6/10K=0.06mA,相比基極電流確實(shí)可以忽略不計(jì)。但R3也不能太大,否則較小的電流通過(guò)R3時(shí),容易引起三極管誤觸發(fā)。
    RC Snubber吸收電路:繼電器比較特殊的一點(diǎn)是,其觸點(diǎn)控制的負(fù)載如果也是感性負(fù)載的話,那么在觸點(diǎn)斷開(kāi)的瞬間,同樣會(huì)由于電感的自感效應(yīng)而產(chǎn)生非常大的反向電動(dòng)勢(shì),從而在繼電器觸點(diǎn)產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象,降低繼電器的壽命,而且會(huì)影響EMC性能。因此,需要在繼電器觸點(diǎn)兩端并聯(lián)RC吸收電路,降低該干擾影響。電阻R1選取0.5W~1W,100R左右的金屬氧化膜電阻,C1選擇0.1uF的交流安規(guī)X電容。如果繼電器觸點(diǎn)控制的負(fù)載不是感性負(fù)載,RC吸收電路可以取消。
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