Arduino、Raspberry Pi、TI MSP430 LaunchPad 和各種其他嵌入式開發(fā)平臺(tái)的普及導(dǎo)致基于 NPN 雙極結(jié)型晶體管的基本開關(guān)/驅(qū)動(dòng)器電路的相應(yīng)普及。這種配置允許微控制器輸出引腳安全、方便地控制高電流負(fù)載。下圖描述了兩種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用——采用 LED 和繼電器控制的高強(qiáng)度照明。

    該電路當(dāng)然有其優(yōu)點(diǎn)：
    它很簡(jiǎn)單并且使用現(xiàn)成的部件。
    它很靈活——通過選擇合適的晶體管可以適應(yīng)各種電壓和負(fù)載電流。
    您可以使用光耦合器而不是 BJT 輕松遷移到電流隔離實(shí)施。
    然而，它也伴隨著風(fēng)險(xiǎn)：自滿。它簡(jiǎn)單且廣泛使用，這可能會(huì)鼓勵(lì)我們簡(jiǎn)單地插入我們?cè)诰W(wǎng)上找到的電路并假設(shè)它會(huì)工作。
    正如生活中通常的情況一樣，一種尺寸并不適合所有情況。在最終確定 BJT 開關(guān)/驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)之前，您需要考慮以下重要因素：
    BJT 基極電流 (I B )，也是 GPIO 引腳提供的電流
    BJT 有源區(qū)直流電流增益 (β)
    BJT 集電極電流 (I C )，也是負(fù)載電流    這是一個(gè)視覺表示：

    I B不應(yīng)超過驅(qū)動(dòng)基極的引腳的最大輸出電流規(guī)格。為了檢查這一點(diǎn)，假設(shè)基極-發(fā)射極結(jié)的壓降恒定為 0.7V。這將為您提供以下內(nèi)容：
    $$I_B=\frac{V_{IO}-0.7\ V}{R_B}$$
    其中V IO是芯片輸入/輸出電路的電源電壓（常用值為5 V 和3.3 V）。
    接下來，我們需要確認(rèn)集電極電流 1) 足夠高以正確驅(qū)動(dòng)負(fù)載，2) 不會(huì)高到導(dǎo)致負(fù)載發(fā)生故障。第一步是使用 BJT 有源區(qū)電流增益的最小值來計(jì)算近似的最小集電極電流。
    $$ I_{Cmin}=I_B\times\beta_{min}$$
    如果該電流小于可接受的最小負(fù)載電流，則無法確定電路能否正常工作。要解決此問題，請(qǐng)使用較小的基極電阻來增加基極電流或選擇具有較高 β 的晶體管。
    下一步是使用 β 的最大值計(jì)算近似的最大集電極電流。如果 I Cmax對(duì)于您的負(fù)載來說太高，您需要一個(gè)電阻器來限制集電極電流。每當(dāng)您強(qiáng)制 I C小于 β × I B時(shí)，您就會(huì)將 BJT 移至飽和區(qū) - 額外的壓降（由電阻器產(chǎn)生）會(huì)降低集電極電壓并導(dǎo)致基極到集電極結(jié)變得不夠充分。針對(duì)有源區(qū)操作的反向偏置。 （實(shí)際上，用 I C = β × I B來設(shè)置集電極電流是不切實(shí)際的，因?yàn)?β 變化很大；因此，您需要確保晶體管有足夠的電流增益，然后添加電阻來限制 I C）。當(dāng)處于飽和模式時(shí)，假設(shè)集電極到發(fā)射極結(jié)的電壓固定，稱為 V CEsat；檢查 BJT 的數(shù)據(jù)表，或使用常見但不精確的 0.2 V 值。然后使用歐姆定律結(jié)合 V CC和 V CEsat來計(jì)算集電極電流并確認(rèn)其在負(fù)載可接受的范圍內(nèi)。