使用Arduino或Raspberry Pi驅(qū)動(dòng)LED或電機(jī)時(shí),會(huì)用到使用了電阻和晶體管的驅(qū)動(dòng)電路。如果只是電路實(shí)驗(yàn),那么自由組合電阻和晶體管更方便,但在真正的電子制作中,則最好要盡量減少零部件數(shù)量,以避免在組建大規(guī)模電路時(shí)發(fā)生接點(diǎn)不良問(wèn)題或引發(fā)錯(cuò)誤。
這次,我們將為大家介紹一種“數(shù)字晶體管”,它可以減少所使用的電子元器件數(shù)量,提高可靠性并降低成本。
1. 內(nèi)置電阻的晶體管——數(shù)字晶體管
數(shù)字晶體管是在晶體管封裝中內(nèi)置了電阻的電子器件。
要想使用Arduino和Raspberry Pi這類(lèi)的微控制器點(diǎn)亮LED或讓繼電器工作,就需要由晶體管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路(開(kāi)關(guān))。驅(qū)動(dòng)電路很簡(jiǎn)單,但需要用電阻來(lái)限制流過(guò)基極的電流。
數(shù)字晶體管已經(jīng)內(nèi)置了電阻,因此只用1枚晶體管即可創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)電路。
世界上第一個(gè)數(shù)字晶體管是由ROHM開(kāi)發(fā)出來(lái)的。現(xiàn)在,也有其他公司出售這種產(chǎn)品,也被稱(chēng)為“電阻內(nèi)置型晶體管”。
2. 晶體管開(kāi)關(guān)為什么需要電阻?
在領(lǐng)略數(shù)字晶體管的魅力之前,讓我們先簡(jiǎn)要回顧一下為什么晶體管需要電阻。晶體管分為幾類(lèi),在這里我們將介紹雙極晶體管。
要控制晶體管的ON/OFF,就需要讓基極流過(guò)電流。如果在基極上施加電壓,那么基極雖然會(huì)流過(guò)電流,但直接施加電壓將會(huì)使負(fù)載電流呈指數(shù)級(jí)提高,因此即使是微小的電壓變化也會(huì)給器件工作帶來(lái)很大影響。在最壞的情況下,可能會(huì)導(dǎo)致晶體管和微控制器損壞,或者因微量靜電引發(fā)誤動(dòng)作等。
因此,為了使雙極晶體管穩(wěn)定工作,需要在基極連接輸入電阻,以限制施加到基極的電流。
3. 數(shù)字晶體管的使用方法
數(shù)字晶體管是一種內(nèi)置有電阻的簡(jiǎn)單電子器件,試用一下就能了解其優(yōu)點(diǎn)了。
使用數(shù)字晶體管所帶來(lái)的好處包括“減少安裝面積(實(shí)現(xiàn)電路小型化)”、“減少元器件數(shù)量(降低安裝成本)”和“提高可靠性”等。
下面作為使用數(shù)字晶體管的示例,用兩張圖比較了在制作LED點(diǎn)亮電路時(shí),電路的規(guī)模會(huì)發(fā)生多大的變化。
使用普通晶體管的LED驅(qū)動(dòng)電路×4示例。基極中的限流電阻使電子元器件的布局和布線變得更復(fù)雜了
如果使用數(shù)字晶體管,可以省去電阻,因此可以縮減電路規(guī)模,更節(jié)省空間,布線也減少了,不僅可以在相同面積中增加功能,還可減少布線問(wèn)題
在使用普通的晶體管時(shí),需要18處布線和20個(gè)電子元器件,而如果換成數(shù)字晶體管,則布線減少至14處,電子元器件減少至12個(gè)。由于元器件數(shù)量減少,面包板插入工作量也減少了約30%。
更少的布線意味著接觸不良和錯(cuò)誤等問(wèn)題也會(huì)相應(yīng)地減少。這只是一個(gè)面包板的例子,如果是在實(shí)際產(chǎn)品中的量產(chǎn)電路,那么即使減少一個(gè)元器件數(shù)量,也能帶來(lái)巨大的降本效果。由此可見(jiàn),數(shù)字晶體管是可以輕松降低成本和提高電路可靠性的電子器件。
在電路圖上,數(shù)字晶體管通常用虛線包圍,表示晶體管和電阻是一體化封裝的。在電路圖上,用DT1、DT2、……這樣的器件編號(hào)來(lái)標(biāo)注。
4. 數(shù)字晶體管的選型方法
根據(jù)集電極電流和基極連接的電阻,數(shù)字晶體管又分為很多種。數(shù)字晶體管的選型步驟與普通晶體管用作開(kāi)關(guān)時(shí)確定基極連接電阻的步驟相同。(關(guān)于電阻的計(jì)算方法,請(qǐng)參閱通過(guò)Raspberry Pi控制LED閃爍來(lái)進(jìn)一步了解歐姆定律、GPIO和晶體管。)
ROHM的數(shù)字晶體管產(chǎn)品頁(yè)面上提供了數(shù)字晶體管的選型工具。當(dāng)您輸入極性、電源電壓、輸入電壓及輸出電流這四個(gè)參數(shù)后,它會(huì)自動(dòng)幫您選出最合適的晶體管,所以如果您不確定要選用什么樣的產(chǎn)品,可以嘗試使用這個(gè)選型工具。
5. 數(shù)字晶體管總結(jié)
當(dāng)您聽(tīng)到“數(shù)字晶體管”這個(gè)詞時(shí),可能會(huì)感覺(jué)它比普通晶體管更難,但實(shí)際上它是一種用于開(kāi)關(guān)工作的簡(jiǎn)單電子器件,實(shí)際試用一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)既簡(jiǎn)便又易用。
即便是在面包板上的電子制作中,使用數(shù)字晶體管也可以減少元器件數(shù)量,同時(shí)還可以減少接點(diǎn)不良等問(wèn)題,因此,即使在小規(guī)模的電子制作和工作情況驗(yàn)證中,使用數(shù)字晶體管也可以帶來(lái)很多好處。
對(duì)于那些經(jīng)常需要使用晶體管進(jìn)行開(kāi)關(guān)工作的人來(lái)說(shuō),建議常備數(shù)字晶體管。
審核編輯 黃宇
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