晶体管相关电阻器的值和注意事项

今天的内容超级简单。它主要为硬件新手写一些东西。关于三极管的实用方面，我就讲两个基本电路，以及相关电阻的取值和注意事项。

现状。

在模电教材中，会有各种放大电路，如公共基、公共集、公共镜头等。电路的相关计算公式、曲线和等效模型满天飞，学习起来非常困难。

其实90%的工作，可能我们只需要关注一个参数，那就是电流放大系数，其他参数都不能用。此外，如果我们真的想放大信号，我们也使用各种集成运算放大器。

大多数情况下，我们使用三极管作为低成本开关。作为开关，MOS可能更适合，但三极管的价格更低。在小电流场景下，三极管使用较多。

一个NPN晶体管的价格大约是2美分。

常用电路(以NPN为例)。

1.电平转换和反转。

该电路应用广泛，具有两种功能。

一是信号反相，即输入电平高，输出电平低；输入低，输出高。

第二，改变输出信号的电压。例如，如果输入电压范围是0V或3.3V，我应该怎么做才能得到0V或5V的输出电平？只需将Vcc连接到5V。输出高时，out的电平约为5V。

2.驱动指示灯。

我们常用三极管来驱动LED灯，比如下面的电路：

3.驱动MOS开关。

另外一个电路也用得非常多，就是驱动电源的PMOS开关，如下图所示：

当in为低电平时，三极管不导通，相当于开路。PMOS管的Vgs为0，PMOS管不导通，Vcc2没有电。

当in为高电平时，三极管导通，集电极相当于地GND，所以PMOS管的Vgs为-Vcc1，PMOS管导通，即Vcc1和Vcc2导通，Vcc2有电源。

可以看出，以上三种电路都是一样的，即三极管作为开关，要么工作在饱和区(导通)，要么工作在截止区(不导通)，总之不能工作在放大区。这很容易理解。如果你在放大区工作，很难确定Vce的电压，当你想要高低电平时，会导致中间状态。

因此，最重要的是保证管道的工作状态是可以的，也就是说，我们应该选择电路中的电阻值。

至于电阻值，有些新手有点摸不着头脑，因为不同的人设计的电路电阻值不同，所以被问到的时候就叫“经验值”。其实有那么多的经验值，都在里面。

让我们看看如何选择电阻。

如何选择阻力？

我们的电路输入一般只有两种状态，0V或其他高电平(1.8V、3.3V、5V等)。)，而且截止状态一般不用考虑，因为如果三极管的Vbe=0设为0，自然会截止，保证饱和状态很重要。

那么什么是饱和度呢？

我们假设三极管工作在放大状态，那么放大倍数为，

如果Ib电流流过基极，集电极Ic=*Ib，Ic也会在Rc上产生压降URc。

容易得到：Urc Uce=Vcc，

显然，Ib越大，Urc=*Ib*Rc越大。如果Ib足够大，当Urc=Vcc时，Uce=Vcc-Urc=0。

如果我们继续增加Ib，Uce会变成负数吗？

Uce <0是不可能的，因为如果电压反向，电流就会反向，这显然是不成立的。实际的Uce会继续接近0，也就是说此时Ic的实际电流小于*Ib，电路无法再满足的放大倍数，三极管不再导通。

大状态，而是进入饱和状态了。

从以上描述我们很容易得出来，我们只需要让计算出的Urc=β*Ib*Rc》Vcc，那么三极管就是工作在饱和状态的。

不过，上面这个电路太简单，实际电路又各种各样，那么到底该如何考虑呢？

我一般是这样考虑的：就是假定三极管工作在放大状态，放大倍数为β，如果最终算得Rc两端电压大于Vcc（对应的Uce就是个负压），那么三极管就是工作在了饱和状态了。

电路计算举例

1、LED灯的例子

已知条件：输入控制电压高电平为3.3V，电源电压为5V，灯的导通电流10mA，灯导通电压2V，三极管选用型号MMBT3904

三极管饱和导通时，Vce=0V，所以Rc=（5V-2V）/10mA=300Ω。

查询芯片手册，三极管MMBT3904的的放大倍数β（hfe）如下图所示：

可以看到，在Ic=10mA时，放大倍数最小为100。

那么Ib=10mA/100=100uA，三极管导通时，Vbe约为0.7V，继而求得Rb=（3.3-0.7V）/100uA=26K。

也就是说只要Rb《26K，三极管就工作在了饱和状态，像这种情况，我一般取Rb=2.2K，或者是1K，4.7K，10K，这样Ib更大，更能让三极管工作在饱和状态。

具体取多少，取决于整个板子的电阻使用情况，比如10K电阻用得多，那我就取10K，这样物料种类少，生产更方便。

或者咱为了保险一点，比如要兼容别的三极管型号，可以取Rc=1K，这样即使别的三极管β小于100，也能工作在饱和状态。

我们也可以反向验算下，假如Rc=300Ω，Rb=10K，那么Ib=（3.3-0.7）/10K=0.26mA，那么Ic=100*0.26mA=26mA，那么Rc的压降是300Ω*26mA=7.8V，这已经超过Vcc了，所以管子肯定是工作在饱和状态的。

2、驱动MOS开关

这个电路就是个使用三极管控制PMOS管的通断，那么里面的电阻和电容该如何选择呢？

我们要知道，这个电路是如何工作的，考虑了哪些因素。

工作原理：

在in为低时，三极管不导通，相当于是开路，PMOS管的Vgs为0，PMOS管也不导通，Vcc2没有电。

在in为高时，三极管导通，集电极相当于是接地GND，于是PMOS管的Vgs为-12V，PMOS管导通。

下面看看电阻取值：

R2接到了PMOS管的栅极，我们知道MOS管的栅极阻抗非常大，所以三极管导通稳定之后，R2基本是没有电流的，所以可以看做是开路，三极管的集电极电流主要从R3流动。

那么三极管的Ic电流该如何设定呢？

我们要在in是3.3V的时候，Vce基本为0，Ic倒是没有说必须要多少合适。这个时候我们可以先定一个，比如定R3=10K，4.7K，20K等等都是可以的。

我们就先定R3=10K吧，为什么定这个，因为这个是常用电阻。不过我们需要知道，如果电阻定太小，那么Ic的电流必然会比较大，就会浪费电（功耗大，发热）

电源为12V，那么Ic=12V/10K=1.2mA。从MMBT手册知道，1mA左右，三极管的放大倍数最小是80，所以Ib=1.2mA/80=15uA。那么R1=（3.3-0.7）/15uA=173k。也就是说R1需要满足R1《173K就可以让三极管饱和导通。

因为R3已经选定了10K，那么R1也可以选择10K了（物料归一，少些种类）。

R2，C1有什么用呢？

在上电的一瞬间，因为电容两端的电压不能突变，所以C1会将MOS管的Vgs钳制在0V，让MOS管不会误导通，C1通常可以选择100nF左右。

那么R2有什么用呢？

R2可以限制三极管的Ic电流，因为in的电压突然变化的时候，三极管状态突然改变，Vce电压会突然改变，需要对电容C1进行充放电，这个电流可以通过R2来限制。

我们也可以通过R2和C1一起来调节PMOS管的导通时间，其实本质就是RC的充放电。如果没有严格的时间要求，R2和C1的选择很宽泛，像我一般用100nF和100K。