三极管的基级为何要加一个电阻
三极管的基极为什么要加一个电阻?
首先要了解三极管的基本原理,三极管属于电流控制型元件,跟MOS管不同,MOS管属于电压控制型元件。三极管有三个工作区:截止区、放大区和饱和区,以NPN三极管为例,BE的压差(UBE)约为0.6V左右(实际大小跟元器件的型号有关),当UBE<0.6V时,三极管截止;三极管处于放大区或饱和区时,UBE=0.6V。
以上为NPN三极管电流示意图
三极管处于放大区时,所增加的基极和VCC之间的电阻属于偏置电阻,楼下的已经说得很详细,就不一一阐述,下面讲解三极管当开关使用时,基极为什么要加电阻,和MOS管有啥区别。
下图是NPN三极管最常使用的电路图,输入端见得最多的是接微处理器(单片机、DSP、ARM等)I/O口。
以输入为0/5V的单片机I/O口为例,为什么基极一定要串联一个电阻呢?不串电阻行不行?答:很定不行。该电阻属于限流电阻,因为三极管属于电流控制元件,当三极管属于放大或饱和状态时,UBE的电压为0.6V,可以根据输入电压U计算基极的电流,计算公式为Ib=(U-0.6)/R1,从公式也可以看出,若不接限流电阻R1,当输入电压大于0.6V时,基极的电流会非常大,从而烧毁管子。
而且该电阻不能随便使用,需根据输入电压、管子的特性进行计算,比如该三极管的放大倍数β为50,集电极的最大电流为500mA,输入电压为5V,若要求设计时三极管处于饱和状态,则Ic=500mA,那么Ib=Ic/β=10M=mA,则限流电阻R1=(5V-0.6V)/Ib=430Ω。若要求输入5V时,集电极的电流为200mA左右,则可以推算Ib=Ic/β=200mA/50=4mA,则限流电阻R1=(5V-0.6V)/Ib=1075Ω,可选择1K的标准电阻。注:上图用于讲解实例,使用原理是可以的,但是并不是很可靠,更可靠的接法应该在基极对地之间接一个大电阻(比如10K,或20K),当无输入时,将基极迅速拉低,确保三极管处于稳定的截止状态。
若把上图的NPN三极管换成N沟道的MOS管,原理也是一样的,当输入高电平时,管子导通,输入低电平时,管子截止。
由于MOS管属于电压控制型器件,栅极(G)的电流非常小,可以忽略不计,所以不接电阻R1也可以正常工作。
去掉电阻后的原理如下图所示:
注:在实际工程应用时,一般都会串联一个电阻,用于提高可靠性。工程设计,产品的可靠性很重要,若不加限流电阻,当MOS关击穿损坏时,大电流冲击控制端的器件,特别是处理器,很容易损坏。
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