數週之前,我一直對繼電器驅動電路耿耿於懷,因爲無法分辨如下兩種電路孰是孰非:
(看到某一網友做出這樣的感慨,有些電子工程師連三極管的基本原理和特性都沒有搞清楚,真不知道現在的大學是幹什麼的。)
【說明:由於與繼電器並聯的保護二極管並非本文討論內容,所以圖中均省略】
圖一:
圖二:
在網上搜索之後發現,關於兩圖的爭論還真不少,但是,稍加註意就可以發現,對於 圖一 的肯定要多於 圖二 。
至於具體的解釋也很多。那麼,現在我給出我暫時的理解,希望能給大家一個參考。
1.電路的演變:
說到底,無法區別兩個電路的對錯的原因是電子電路基礎太差,連基本的三極管特性都沒有搞清楚。下面幾幅圖的變化,可以提供我們一個角度的理解:
A:一個普通的共射極放大電路
B:去掉耦合電容
C:去掉發射極電阻
D:增加基極電阻
從A圖到D圖的變化,其實是實現了晶體管電路從普通AD放大電路到開關電路的變化,而我們通常所用的繼電器驅動電路其實就是一個典型的晶體管開關電路。
從A到B,很好理解,去掉輸入輸出的耦合電容;而爲了提高電路的放大倍數,進而去掉發射極電阻(B→C);這樣一來也就沒有必要在基極加上偏置電壓了,爲了保證在0輸入狀態下,晶體管處於截止狀態,保留了電阻R2,同時爲了限制基極的電流,增加了D圖中的R1(如果沒有這個電阻,輸入電壓一超過0.6~0.7V,二極管處於導通狀態,基極將會有很大的電流通過)。這樣就形成了D圖所示的晶體管開關電路。
2.最上面兩種電路圖的對比:
現在我們知道了,最上面的 圖一 和 圖二 中,圖一的電路纔是我們需要的電路,因爲這樣才符合開關電路的形式。
但是,肯定有這樣的疑問,圖二 能工作嗎?一定是錯的嗎?其實,在某些條件下,圖二 的電路也是可以工作的。但是與 圖一電路 相比,運用的條件就苛刻很多,穩定性也差。
爲了便於分析,將兩圖在這裏再畫一次:
圖一 圖二
不失一般性地假設 圖一 圖二 中電阻R1=20K,繼電器線圈電阻R=500,輸入電壓5V,電源電壓12V,晶體管放大倍數β=100。那麼,在 圖一 中流過繼電器的電流能有多大呢?
所以晶體管確實工作的線性放大區,但是,晶體管CE兩端壓降只有1V,並不很大影響在這裏作爲開關的特性。相比 圖二 的電路就沒這麼幸運了。
可以看到,此時繼電器獲得的電流與22mA相比,小很多。
從上面的定量計算,可以看出,圖一中的電路要比圖二的電路更穩定(體現在集電極電流更大)更低耗(顯然了)。
其實,也可以這樣來看這個問題。我們爲了驅動繼電器需要的是晶體管的開關性,而當晶體管工作在飽和區域內時,才體現出好的開關特性。但是,在圖二中,繼電器接在了發射極,繼電器的繞線電阻形成了負反饋,反而減小了電路的飽和程度。
3.集電極開路電路
在圖D中集電極連着負載電阻Rc。但是如下圖所示那樣,不接負載時這個電路的集電極就原封不動的變成輸出端。把這個電路叫做集電極開路電路。它廣泛應用於以繼電器或者燈泡爲外部負載的開關電路。
圖中,如果在電位高於GND的Vcc與集電極(輸出端)之間連接負載,這時就像是吸入負載電流。因此,這個開路集電極電路能夠接通/斷開負載電流而與負載連接幾伏的電源沒有關係,所以是一個對於開關外部負載非常方便的電路。
而至於要如何來改善這個開關電路的相關特性,如 開關速度,開關電流 等等,有興趣的網友可以參考相關開關電路的書籍。。。
4.引申——漏極開路
漏極開路,學過數字電路的人對於這個名詞是不陌生的,它通常預示着這個端口需要接上拉電阻。通過以上對晶體管集電極開路電路的分析,相信做一對比,你也能對此有所感性瞭解。
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但願通過搜索引擎來看這篇文章的朋友能有所思考。。。至幸。。。
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