常用的三極體電路設計-電阻到底是怎麼選的？

今天的內容超級簡單，主要給

硬體新手

寫點東西，關於三極體實用方面的，會說兩個基本的電路，以及相關電阻的取值及注意事項。

一個現狀

我們在模電教材裡面，會有各種

放大電路

，共基，共集，共射等，相關的計算公式，曲線，電路等效模型

天花亂墜，學起來非常費勁

。實際90%工作，可能我們

只需要關注一個引數就行了，那就是電流放大倍數β

，其它的通通用不到，而且我們做產品，如果真要放大訊號，那也是使用各種

整合運放

。絕大多數情況，我們是把

三極體

當作一個低成本的開關來使用的，作為開關，雖然MOS可能更為合適，不過

三極體價格更低

，在小電流場景，三極體反而是用得更多的。

一個NPN三極體，價格也就2分錢左右。

常用的電路（NPN為例）1、電平轉換，反相

這個電路用得非常多，有兩個功能。

一是訊號反相，就是輸入高電平，輸出就是

低電平

；輸入低電平，輸出就是高電平二是改變輸出訊號的電壓，比如輸入的電壓範圍是0V或者是3。3V，想要得到一個輸出是0V或者是5V的

電平

怎麼辦呢？讓Vcc接5V就可以了，輸出高的時候，out的電平就是大約為5V的。

2、驅動指示燈

我們經常使用三極體驅動LED燈，比如下面這個電路：

3、驅動MOS開關

還一個電路也用得非常多，那就是驅動電源的PMOS開關，如下圖：

在in為低時，三極體不導通，相當於是

開路

，PMOS管的Vgs為0，PMOS管也不導通，Vcc2沒有電。

在in為高時，三極體導通，集電極相當於是接地GND，於是PMOS管的Vgs為-Vcc1，PMOS管導通，也就是Vcc1與Vcc2之間導通，Vcc2有電。可以看到，以上三種電路，其實都一樣，就是

三極體是用作開關的，要不工作在飽和區（導通），要不工作在截止區（不導通

）

，總之就是不能工作在放大區

。這個比較容易理解，如果工作在放大區，那麼Vce的電壓就很難確定了，這會導致當你想要高低電平的時候，結果得到一箇中間態。所以，最重要的就是要

保證管子的工作狀態是ok

的，也就是說我們要

選好電路中的電阻阻值

。

關於電阻的取值，有的新手就有點分不清，因為不同的人設計的電路，電阻的

阻值

不盡相同，問就說是“

經驗值

”。其實哪有那麼多經驗值，都是有些道道在裡面的。

下面來看看

如何選擇電阻

。

如何選擇電阻

我們的電路輸入一般是隻有兩種狀態，0V或者是其它的高電平（1。8V，3。3V，5V等），截止狀態一般不用怎麼考慮，因為如果讓三極體的Vbe=0，自然就截止了，

重要的是飽和狀態如何保證

。

那麼啥叫飽和狀態？

我們先假定三極體工作在放大狀態，那麼放大倍數就是β，如果基極有Ib電流流過，那麼集電極Ic=β*Ib，Ic也會在Rc上面產生壓降Urc。

易得：

Urc+Uce=Vcc

，

顯然，Ib越大，那麼

Urc=β*Ib*Rc

越大，如果Ib足夠大，那麼Urc=Vcc時，Uce=Vcc-Urc=0。

如果我們繼續增大Ib，那麼Uce會變成負的嗎？

Uce＜0是不可能的，因為如果電壓反向，那麼電流也要反向，這顯然是不成立的。實際Uce也就繼續保持接近於0，那麼也就是說此時Ic的實際電流是小於β*Ib的，此時電路已經滿足不了β的放大倍數，

三極體已經不是在放大狀態，而是進入飽和狀態了

。從以上描述我們很容易得出來，我們只需要讓計算出的Urc=

β*Ib*Rc>Vcc

，那麼三極體就是工作在飽和狀態的。不過，上面這個電路太簡單，實際電路又各種各樣，那麼到底該如何考慮呢？我一般是這樣考慮的：

就是假定三極體工作在放大狀態，放大倍數為β，如果最終算得Rc兩端電壓大於Vcc（對應的Uce就是個負壓），那麼三極體就是工作在了飽和狀態了

。

電路計算舉例1、LED燈的例子

已知條件：輸入控制電壓高電平為3。3V，電源電壓為5V，燈的導通電流10mA，燈導通電壓2V，三極體選用型號MMBT3904

三極體飽和導通時，Vce=0V，所以

Rc=(5V-2V)/10mA=300Ω

。

查詢晶片手冊，三極體MMBT3904的的放大倍數β（hfe）如下圖所示：

可以看到，在Ic=10mA時，放大倍數最小為100。

那麼Ib=10mA/100=100uA，三極體導通時，Vbe約為0。7V，繼而求得Rb=（3。3-0。7V）/100uA=26K。也就是說只要Rb<26K，三極體就工作在了飽和狀態，像這種情況，我一般取Rb=2。2K，或者是1K，4。7K，10K，

這樣Ib更大，更能讓三極體工作在飽和狀態

。具體取多少，取決於整個板子的電阻使用情況，比如10K電阻用得多，那我就取10K，這樣物料種類少，生產更方便。或者咱為了保險一點，比如要相容別的三極體型號，可以取Rb=1K，這樣即使別的三極體β小於100，也能工作在飽和狀態。我們也可以反向驗算下，假如Rc=300Ω，Rb=10K，那麼Ib=（3。3-0。7）/10K=0。26mA，那麼Ic=100*0。26mA=26mA，那麼Rc的

壓降

是300Ω*26mA=7。8V，這已經超過Vcc了，所以管子肯定是工作在飽和狀態的。

2、驅動MOS開關

這個電路就是個使用三極體控制PMOS管的通斷，那麼裡面的電阻和電容該如何選擇呢？

我們要知道，這

個電路是如何工作的，考慮了哪些因素

。

工作原理：

在in為低時，三極體不導通，相當於是開路，PMOS管的Vgs為0，PMOS管也不導通，Vcc2沒有電。

在in為高時，三極體導通，集電極相當於是接地GND，於是PMOS管的Vgs為-12V，PMOS管導通。

下面看看電阻取值：

R2接到了PMOS管的柵極，我們知道MOS管的柵極阻抗非常大，所以三極體導通穩定之後，R2基本是沒有電流的，所以可以看做是開路，三極體的集電極電流主要從R3流動。

那麼三極體的Ic電流該如何設定呢？

我們要在in是3。3V的時候，Vce基本為0，Ic倒是沒有說必須要多少合適。這個時候我們可以先定一個，比如定R3=10K，4。7K，20K等等都是可以的。我們就

先定R3=10K

吧，為什麼定這個，因為這個是常用電阻。不過我們需要知道，如果電阻定太小，那麼Ic的電流必然會比較大，就會浪費電（功耗大，發熱）電源為12V，那麼Ic=12V/10K=1。2mA。從MMBT手冊知道，1mA左右，三極體的放大倍數最小是80，所以Ib=1。2mA/80=15uA。那麼R1=（3。3-0。7）/15uA=173k。也就是說R1需要滿足R1<173K就可以讓三極體飽和導通。因為R3已經選定了10K，那麼

R1也可以選擇10K

了（物料歸一，少些種類）。

R2，C1有什麼用呢？

在上電的一瞬間，因為電容兩端的電壓不能突變，所以C1會將MOS管的Vgs鉗制在0V，

讓MOS管不會誤導通

，C1通常可以選擇100nF左右。那麼R2有什麼用呢？

R2可以限制三極體的Ic電流

，因為in的電壓突然變化的時候，三極體狀態突然改變，Vce電壓會突然改變，需要對電容C1進行充放電，這個電流可以透過R2來限制。我們也可以透過R2和C1一起來調節PMOS管的導通時間，其實本質就是RC的充放電。如果沒有嚴格的時間要求，R2和C1的選擇很寬泛，像我一般用100nF和100K。

以上文章來源於硬體工程師煉成之路，作者

吳工