为什么经常看到在使用单片机I/O口驱动MOS管时,不是使用单片机I/O口直接驱动,而是经过一级三极管,使用三极管驱动MOS管。
![单片机I/O口驱动](http://www.ejiguan.cn/uploadfile/2024/0802/20240802071744518.png)
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三极管和MOS管控制区别
三极管和MOS管在驱动上是有区别的,三极管是电流驱动,而MOS管是电压驱动,三极管的基极驱动电压只要高于Ube的死区电压即可控制三极管导通,硅材料三极管的死区电压一般为0.6V,锗材料三极管的死区电压一般为0.3V,所以控制三极管的电压对于硅材料的三极管来说只要高于0.6V左右即可,而对于锗材料的三极管来说只要高于0.3V左右即可。
而MOS管就不一样了,MOS管是电压型驱动,其驱动电压必须高于其死区电压Ugs的最小值才能导通,不同型号的MOS管其导通的Ugs最小值是不同的,一般为3V~5V左右,最小的也要2.5V,但这也只是刚刚导通,其电流很小,还处于放大区的起始阶段,一般MOS管达到饱和时的驱动电压需6V~10V左右。
实际应用
了解三极管和MOS管在控制上的区别之后,那么单片机I/O口怎么控制三极管和MOS管呢?单片机一般采用5V或3.3V供电,其I/O口高电平为5V或3.3V,处理器一般讲究低功耗,如今使用3.3V供电的单片机较多,所以其I/O口高电平也只有3.3V。
(1)3.3V的电压足够可以驱动三极管,三极管属于电流驱动,根据I/O口的电压VIO以及限流电阻R1的值可以推算出基极电流,Ib=(VIO-0.6V)/R1,选择不同的电阻R1阻值,可以改变基极电流,只要VIO大于0.6V,想要使三极管工作在饱和区都可以,下图为简单的NPN三极管控制LED指示灯的原理。
![单片机I/O口驱动](http://www.ejiguan.cn/uploadfile/2024/0802/20240802071800771.jpg)
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(2)MOS管是电压驱动,MOS管开启最低驱动电压为3V~5V左右,不同型号MOS管驱动电压不同,一些小功率MOS管最低驱动电压为2.5V左右,单片机I/O口可以直接驱动,但是此时MOS管处于半导通状态,内阻很大,驱动小电流负载可以这么使用。大电流负载就不可以这么使用了,内阻大,管子的功耗过大,很容易烧毁MOS管。MOS管达到饱和状态所需驱动电压一般为6V~10V左右,3.3V的电压不足以直接驱动MOS管使其饱和。因此,可以在I/O口的输出端加一级三极管,使MOS管的驱动电压变高。举例说明,仅供参考,原理如下图所示。
![单片机I/O口驱动](http://www.ejiguan.cn/uploadfile/2024/0802/20240802071816859.jpg)
![单片机I/O口驱动](http://www.ejiguan.cn/uploadfile/2024/0802/20240802071816859.jpg)
原理分析:当单片机I/O口为高电平时,NPN三极管Q5导通,直接将N-MOS管控制极G极拉低,MOS管截止,负载不工作;当单片机I/O口为低电平时,NPN三极管Q5截止,电阻R12和R13将24V电源分压得G极电压为:24V*20K/(10K+20K)=8V,MOS管导通并达到饱和状
总结:三极管为电流驱动,较低的电压就可以驱动三极管,而MOS管为电压驱动,驱动电压较高,单片机I/O口的电压不足以驱动MOS管,所以经常使用三极管作为缓冲改变电压,当然除了使用三极管之外还可以使用光耦等。
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