常用的三极管电路设计-电阻到底是怎么选的

今天的内容超级简单，主要是硬件新手写一些关于三极管实用性的东西，会说两个基本电路，以及相关电阻的值和注意事项。

一个现状

在模电教材中，会有各种放大电路、共基、共集、共射等，相关计算公式、曲线、电路等效模型天花乱坠，学起来很难。

实际工作90%，也许我们只需注意一个参数，即电流放大倍数β，其他一般不能使用，我们做产品，如果真的想放大信号，也使用各种集成运输。

在大多数情况下，我们使用三极管作为低成本开关，尽管MOS可能更合适，但是三极管价格较低，在小电流场景中，三极管被更多地使用。

一个NPN三极管的价格在2分钱左右。

常用的电路（NPN为例）

1、电平转换，反相

这个电路用的很多，有两个功能。

一是信号相反，即输入高电平，输出为低电平；输入低电平，输出为高电平

二是改变输出信号的电压，例如输入的电压范围为0V或者是3.3V，得到一个输出是0V或者是5V电平怎么办？Vcc接5V可以，输出高的时候，out电平约为5V的。

2、驱动指示灯

我们经常使用三极管驱动LED灯，如以下电路：

3、驱动MOS开关

另一个电路也被广泛使用，即驱动电源PMOS如下图所示：

在in低时，三极管不导通，相当于开路，PMOS管的Vgs为0，PMOS管道也不导通，Vcc2没有电。

在in高时，三极管导通，集电极相当于接地GND，于是PMOS管的Vgs为-Vcc1，PMOS管导通，即Vcc1与Vcc2之间导通，Vcc2有电。

可以看出，上述三种电路实际上是一样的，即三极管是用作开关的，要不工作在饱和区（导通），要不工作在截止区（不导通），总之，不能在放大区工作。。这更容易理解。如果你在放大区工作，那么Vce很难确定电压，这会导致你想要高低电平时得到中间态。

因此，最重要的是要确保管道的工作状态是ok也就是说，我们想要选择电路中的电阻值。

关于电阻值，有些新手有点不清楚，因为不同的人设计电路，电阻值不同，问是经验值。其实没有那么多经验值，里面有一些道。

下面来看看如何选择电阻。

如何选择电阻

我们的电路输入通常只有两种状态，0V或其他高电平(1).8V，3.3V，5V等)，一般不需要考虑截止状态，因为如果允许三极管Vbe=0，自然会结束，如何保证饱和状态很重要。。

那么饱和状态是什么呢？

假设三极管工作处于放大状态，那么放大倍数就是β，

如果基极有Ib当电流流过时，集电极Ic=β*Ib，Ic也会在Rc压降产生在上面Urc。

易得：Urc Uce=Vcc，

显然，Ib越大，那么Urc=β*Ib*Rc越大，如果Ib够大，那么Urc=Vcc时，Uce=Vcc-Urc=0。

假如我们继续增长Ib，那么Uce会变成负吗？

Uce0是不可能的，因为如果电压反向，电流也会反向，这显然是站不住脚的。实际情况Uce也就是说，此时继续保持接近0，也就是说Ic实际电流小于β*Ib是的，此时电路无法满足β放大倍数，三极管不再处于放大状态，而是处于饱和状态。

我们很容易从上面的描述中得到它，我们只需要计算它Urc=β*Ib*Rc>Vcc，所以三极管处于饱和状态。

然而，上述电路太简单，实际电路也多种多样，那么如何考虑呢？

我通常这样想:假设三极管工作处于放大状态，放大倍数为β，假如最算得Rc两端电压大于Vcc（对应的Uce是负压)，所以三极管处于饱和状态。

电路计算的例子

1、LED灯的例子

已知条件：输入控制电压高电平为3.3V，电源电压为5V，灯的导通电流10mA，灯导通电压2V，三极管选择型号MMBT3904

三极管饱和导通时，Vce=0V，所以Rc=(5V-2V)/10mA=300Ω。

查询芯片手册，三极管MMBT3904的放大倍数β（hfe）如下图所示：

可见，在Ic=10mA最小放大倍数为100。

那么Ib=10mA/100=100uA，三极管导通时，Vbe约为0.7V，继而求得Rb=（3.3-0.7V)/100uA=26K。

也就是说，只要Rb<26K，三极管在饱和状态下工作。在这种情况下，我通常它Rb=2.2K，或者是1K，4.7K，10K，这样Ib更大更能使三极管饱和工作。

取决于整个板的电阻使用情况，如10K电阻用多了，我就拿10。K，这料种类少，生产方便。

或者我们想保险一点，比如兼容其他三极管型号，可以取Rb=1K，即使是其他三极管β也可以在饱和状态下工作，小于100。

假设我们也可以反向验算Rc=300Ω，Rb=10K，那么Ib=（3.3-0.7）/10K=0.26mA，那么Ic=100*0.26mA=26mA，那么Rc的压降是300Ω*26mA=7.8V，这已经超过Vcc因此，管道必须处于饱和状态。

2、驱动MOS开关

该电路采用三极管控制PMOS如何选择管道的通断电阻和电容？

要知道，这个电路是如何工作的，考虑了哪些因素。

工作原理：

在in低时，三极管不导通，相当于开路，PMOS管的Vgs为0，PMOS管道也不导通，Vcc2没有电。

在in高时，三极管导通，集电极相当于接地GND，于是PMOS管的Vgs为-12V，PMOS管导通。

以下是电阻值：

R2接到了PMOS我们知道管道的栅极MOS管的栅极阻抗很大，所以三极管导通稳定后，R2基本上没有电流，所以可以看作是开路。三极管的集电极电流主要来自R3流动。

所以三极管Ic如何设置电流？

我们要在in是3.3V的时候，Vce基本为0，Ic但是没有说必须有多合适。这个时候我们可以先定一个，比如定R3=10K，4.7K，20K等等都可以。

我们就先定R3=10K嗯，为什么要设置这个，因为这是一个常见的电阻。但我们需要知道，如果电阻太小，那么Ic电流必然会比较大，会浪费电(功耗大，发热)

电源为12V，那么Ic=12V/10K=1.2mA。从MMBT手册知道，1mA三极管的最小放大倍数约为80，因此Ib=1.2mA/80=15uA。那么R1=(3.3-0.7）/15uA=173k。也就是说R1需要满足R1<173K三极管可以饱和导通。

因为R3已经选定了10K，那么R1也可以选择10K(物料归一，种类少)。

R2，C1有什么用？

上电时，由于电容器两端的电压不能突变，因此C1会将MOS管的Vgs钳制在0V，让MOS不会误导，C一般可以选择1000nF左右。

那么R2有什么用？

R2可以限制三极管的Ic电流，因为in当电压突然变化时，三极管状态突然变化，Vce电压会突然变化，需要电容C1进行充放电，这个电流可以通过R2来限制。

我们也可以通过R2和C1一起来调节PMOS事实上，管道的导通时间的本质是RC充放电。假如没有严格的时间要求，R2和C1的选择很宽泛，像我一样用1000nF和100K。

本期内容到此为止，如有问题，可在留言区指出。

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