三极管开关电路设计与计算

p42（17.8 分钟）

基极电阻 RB 的作用#

限流，限制 IB。

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RB 越大  →  IB 越小
2
RB 越小  →  IB 越大

这个电阻很关键，取值算错会直接烧三极管。

网上「大神」说 RB 随便取 1K 或 10K。这是错的。

1
负载电流小于 100mA      → 一般不出大问题
2
几百 mA、1~2A 甚至更高  → 绝对不能这么取：负载不能正常工作，三极管很烫甚至烧掉

为什么那套经验能用：他可能一直做小功率电路，1K/10K 确实没事。

换成电机就不一样了。实验对象是电机（5V 时正常工作电流约 500mA），不用 LED——LED 只有几毫安，看不出效果。

预先备两个电阻：510Ω 和 10K。

所以 RB 一定按负载算，不要用经验法则。

接线：三极管发射极 → 电源负端；集电极 → 电机一端；电机另一端 → 5V；基极经电阻接 5V 触发。

实验	RB	现象
实验 1	10K	电机压根不转，但电流有 100 多 mA；热像仪测三极管温度飙升到 116℃
实验 2	510Ω	电机转起来，电流 500 多 mA，三极管温度只有 40 多度

同一个电路，只换了一个电阻，一个 116℃ 一个 40℃。我原以为 10K 只是让电机转得慢一点，没想到是压根不转还发烫。

三极管进入了放大状态（第三个状态）。

理想开关只有开/关，但三极管存在「开了但没完全开、关了又没完全关」的放大状态。

放大状态下三极管相当于一个大电阻，功耗全落在它自己身上：

1
P = VCE × IC

VCE 很大（可能几伏），IC 还有 100mA → 发热严重，而电机拿不到足够电压，所以不转。

放大状态一定不能带大电流负载。

1
VCE = VCC           → 截止（断开）
2
VCE ≤ 0.3V          → 饱和导通（完全开通）
3
0.3V < VCE < VCC    → 放大

做开关用时，VCE 必须接近 0.3V。

1
IB = 0          → 截止
2
IB × β = IC     → 临界
3
IB × β > IC     → 饱和导通  ✓

做开关时必须保证 IB × β > IC。

以 500mA 电机为例。

IC 最大值 = 负载工作时的最大电流，查负载的数据手册 / 产品信息。

1
电机 5V 时最大 500mA

饱和条件 IB × β > IC，所以 IB > IC / β。

β 区间很大，通常 50 ~ 300（甚至 350 或更高），难以确定。

1
计算时默认 β = 100
2
IB > 500mA / 100 = 5mA

为什么取 100 而不是按实际 β 算：β 离散性极大，同一型号可能差几倍，还会随温度变化。取一个偏小的值（100），算出来的 IB 偏大，能保证一定饱和。

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RB = (VCC − VBE) / IB
2
   = (5V − 0.7V) / 5mA
3
   = 4.3V / 5mA
4
   = 0.86K
5
   = 860Ω

分子是 VCC − VBE，不是 VCC，因为 BE 结本身要吃掉 0.7V。

1
860Ω 是 RB 的最大值
2
实际取值必须小于 860Ω
3
取太大就会进入放大状态

按标准系列，510Ω 是合适的选择（实验 2 用的就是它，温度只有 40 多度）。

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① 查负载最大工作电流 → IC
2
② IB = IC / 100
3
③ RB = (VCC − 0.7V) / IB
4
④ 选一个比算出来的值小的标准电阻