一赁酝、引言
開關(guān)電路在單片機電路設(shè)計中經(jīng)常用到，一般有兩個作用村象，一是電平的轉(zhuǎn)換耕捞，二是增加單片機IO口的驅(qū)動能力雇卷。雖然這個電路很簡單堪澎，也很常用凫乖，但是我發(fā)現(xiàn)還是有些人電路結(jié)構(gòu)錯誤或者參數(shù)不會設(shè)置柜与。
二钓葫、電路結(jié)構(gòu)
如圖1所示悄蕾，三極管開關(guān)電路基本結(jié)構(gòu)由基極電阻，集電極電阻（負載）組成础浮。
有些人設(shè)計的開關(guān)電路就沒有基極電阻帆调，有可能不是他不知道這種電路結(jié)構(gòu)，而是他不會調(diào)參數(shù)豆同，不管怎么改變Rb番刊，始終電路都沒有進入飽和區(qū)，最后將Rb短接后發(fā)現(xiàn)電路正常了影锈，導(dǎo)致他認為這樣電路是可以用的芹务。
事實上，沒有基極電阻鸭廷，如果說是單片機的IO口接的控制引腳枣抱，那么單片機工程師控制單片機IO口輸出高電平的時候，IO口上的電壓只有0.7V左右辆床。那是由于單片機IO口的電流只有10mA左右佳晶，不能給三極管提供足夠大大的電流，以至于拉低電壓至三極管b讼载、e之間的導(dǎo)通電壓0.7V左右轿秧。當給三極管基極能夠提供足夠電流，而控制電壓大于三極管b咨堤、e之間電壓極限電壓的時候就會燒壞三極管菇篡，如果沒有大于它的極限電壓，但是電流很大一喘，時間久了就會導(dǎo)致三極管熱損壞驱还。所以只有設(shè)置合適的基極電阻才能保證電路的可靠性。
該電路存在一個問題凸克，就是控制端沒有接任何東西就會出現(xiàn)高阻狀態(tài)铝侵，三極管的工作狀態(tài)是不確定的。為了安全起見触徐，沒有對三極管進行控制的時候咪鲜，應(yīng)該讓三極管工作在截止區(qū)，要想NPN型三極管截止撞鹉，Ib就要很小疟丙，可以選擇在三極管基極接一個下拉電阻颖侄，如圖2所示。取值是要遠大于（10倍以上）Rb的享郊，這樣才能下拉電阻不影響對三極管的控制览祖。小編我個人的取值習(xí)慣是100K。
如果我們想驅(qū)動無源蜂鳴器炊琉，那么就要在控制端輸入一個方波信號進行控制展蒂，這時候就需要三極管進行快速切換，想加快三極管切換速度就要如圖3所示苔咪，在Rb上并聯(lián)一個加速電容锰悼。
其原理是，電容兩端的電壓不能發(fā)生突變团赏，那么控制端給一個高電平的瞬間箕般，電容可以視為短路，此時的電流最大舔清，因此加快了三極管的導(dǎo)通速度丝里，這個暫態(tài)過程很快就結(jié)束了，電容充電完成后進入了穩(wěn)態(tài)体谒，電容就形如開路杯聚，而不影響電路的正常工作。由于電容在控制端高電平期間充了左正右負的電壓抒痒，當控制端變成低電平（0V）瞬間電容兩端的電壓不能突變幌绍，所以在電容的右端出現(xiàn)了負電壓，加快了三極管的關(guān)斷评汰。大多數(shù)情況下纷捞，加速電容取值約為幾百個皮法痢虹。為什么加了加速電容就能實現(xiàn)加快關(guān)斷與導(dǎo)通被去，那是因為三極管是存在結(jié)電容的，導(dǎo)通與關(guān)斷時間是決定于結(jié)電容的充放電時間的奖唯，這個現(xiàn)象就叫米勒效應(yīng)惨缆，加了加速電容后，就加快了結(jié)電容充放電時間丰捷，使得三極管很快跨越了米勒平臺坯墨，所以能加快三極管的關(guān)斷與導(dǎo)通。
三病往、參數(shù)計算
三極管的開關(guān)狀態(tài)就是三極管的飽和與截止捣染，三極管的截止容易實現(xiàn)，只要將IB降為O就可以實現(xiàn)三極管的截止停巷。而三極管的飽和沒有截止那么實現(xiàn)耍攘，開關(guān)電路的計算就是在計算三極管進入飽和的參數(shù)榕栏。要想進行計算，那么就要了解三極管的飽和特性蕾各。
1.如何判斷飽和扒磁？
一是三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)正偏，基極電流變化式曲，集電極電流幾乎不變妨托。
飽和條件：1.集電極和電源之間電電阻越大越容易飽和；2.基極電流比較大以使得集電極的電阻上分得的電壓越大吝羞，集電極電壓就被拉低兰伤，而出現(xiàn)Ub大于Uc的情況。
影響飽和的因素：1.集電極電阻的大写喙蟆（負載）医清；2.放大倍數(shù)的大小卖氨；3.基極電流的大小会烙。
飽和的現(xiàn)象：1.基極電壓大于集電極電壓；2.Uce為0.5V左右筒捺，越小飽和越深柏腻。
臨界飽和條件：Ib=（Vcc/RL）/β
知道這些概念后，我們就知道怎么去計算參數(shù)了系吭。首先我們在設(shè)計前期我們應(yīng)該知道負載一些參數(shù)五嫂，如電壓電流。負載需要的電流就是設(shè)計的關(guān)鍵肯尺，通過負載電流求得Ib沃缘，此時的Ib是三極管臨界飽和的值，一般我們要取數(shù)倍才能保證三極管進入深度飽和则吟。然后根據(jù)控制端的電壓減去Ube（0.7V）除以Ib就可以得到Rb槐臀。
四、電路設(shè)計
要求：3.3V供電單片機驅(qū)動液晶背光
1.電路結(jié)構(gòu)確定
我不需要控制背光亮度氓仲，只需要控制背光亮與不亮水慨，所以選擇帶下拉電阻的開關(guān)電路。如圖4所示敬扛。
2.電源電壓確定
通過圖5 就可以知道要想背光正常量的話晰洒，電源電壓要大于3.0V，那么電源電壓就取3.3V啥箭。
3.RC阻值確定
RC的作用是分壓谍珊，限流，保證背光不被燒急侥。背光是3.0V砌滞，電流是15mA炼七，電源是3.3V，那么RC=（3.3V-3.0V）/15mA=20Ω布持。
4.RB的確定
根據(jù)前面敘述的豌拙，臨界飽和的基極電流為IB=IC/β，這里β取100题暖，那么IB=15mA/100=150uA按傅，為了保證三極管進入深度飽和，還要取數(shù)倍IB胧卤，這里取10倍唯绍，那么飽和IB=150uA*100=1.5mA，單片機IO完全能夠提供1.5mA電流枝誊。單片機高電平是3.3V况芒，那么RB=（3.3V-Ube）/1.5mA=(3.3V-0.7V)/1.5mA=1.733KΩ，因為電阻系列沒有這種電阻叶撒，所以我們?nèi)?K绝骚，因為IB我們?nèi)×藬?shù)倍，所以RB比理論值大一點也是可以行的祠够。
5.R1確定
R1下拉電阻压汪，我在前面已經(jīng)敘述過了，這里我們?nèi)?00K古瓤。
6.三極管確定
該電路的電源電壓不高止剖，電流也不大，所以對三極管要求也不是很大落君，所以選擇9013,8050三極管都可以穿香。下面我們看看這兩款三極管的參數(shù)。
如圖8仿真結(jié)果
通過绎速，仿真我們發(fā)現(xiàn)我們計算的參數(shù)已經(jīng)使得三極管進入了深度飽和皮获，因為Uce=92mV，滿足深度飽和條件朝氓。
但是IC沒有達到15mA魔市，那是因為我們忽略了Uce的存在而導(dǎo)致的偏差主届，但是這一點偏差不影響開關(guān)電路的正常工作赵哲，可以接受。
因此君丁，我們這種設(shè)計的思路是可行的枫夺，如果大家有更好的方法就在評論討論討論。
