负电阻_三极管单管震荡电路

本文介绍负电阻的概念及其在三极管振荡电路中的应用。通过实验搭建了一个利用三极管反向击穿特性的振荡电路,并详细记录了调试过程及最终实现LED闪烁的效果。

0、前言

看了Neo老师的课程,好奇,自己试了一试,折腾之后成功演示出来了,在此记录。

视频链接:电子元器件042-【术语解析】Negative Resistance,负电阻是什么?-Neo_哔哩哔哩_bilibili

1、负电阻

负电阻并不是说器件的电阻值是负的,而是在一段时间内,随着电压的增加电流下降的现象,指的是动态电阻,如下图伏安特性曲线上bc之间。

整个这个伏安特性曲线,是描述隧道二极管的。

2、三极管单管震荡电路

2.1、原理

电源给电容充电,冲到一定的电压使得三极管反向击穿。

【三极管反向击穿的时候,会表现出负阻特性,也就是电压大电流小,电压小电流大】

反向击穿,LED被点亮,然后电容放电电压减小,电流增大,LED逐渐变亮;

当放电到三极管不击穿了,LED就会突然熄灭;

电容又开始充电,接着三极管又被反向击穿,如此重复.......

2.2、实践

一开始用的是9V的电源,没出效果,然后想想三极管得反向击穿,又找了个电压高点的12V电源;

换了12V的电源之后,还是不行,又换了几种三极管。【淘宝凑单买的常见三极管包,就这样被我找出来派上用场了】

有一些三极管接上是常亮的,S8050、9013;还有一些是不亮的;最后一个2N3904成功了。

下图中标出的元器件参数是可以出效果的,感兴趣的试试。

效果:LED闪烁,具体就是LED逐渐变亮-熄灭,循环。

下图是Uc的实测波形,最小值大约2.5V,最大值大约3.5V。

LED的压降,我测了是2.6V,所以最小值那一段是不亮,然后大于LED压降就亮,到最亮之后熄灭;从波形也能看出有逐渐变亮的趋势,不是很明显。

 

<think>首先,用户的问题是:“我想查找三极管驱动nmos管的电路相关信息 请问三极管驱动nmos管的电路设计及原理”。这是在询问关于三极管驱动NMOS管的电路设计和原理。 系统级指令: - 所有行内数学表达式用$...$格式。 - 独立公式用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。 用户可见层: - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 保证回答真实可靠。 参考站内引用: - 引用[1]: 讨论了电荷泵驱动NMOS管电路,涉及NMOS导通条件和驱动方法。 - 引用[2]: 讨论了驱动原理,强调驱动电流和电阻的关系。 用户上一次的问题是嵌入式的问题,但这次是新的查询。用户说“上述引用仅供参考”,所以我需要基于这些引用,但不能完全依赖;要聚焦于用户当前的问题:三极管驱动NMOS管的电路。 关键点: - 三极管(通常是BJT,双极结型晶体管)驱动NMOS管。 - 目的是设计电路,让三极管来控制NMOS的开关。 - 原理涉及三极管如何提供足够的栅极电压或电流来驱动NMOS。 从引用[2]中提取信息: - 引用[2]提到当OUT输出高电平时,MOS管G极电压上升,驱动电流取决于电阻。 - 它讨论了驱动电流的计算:当电阻为10欧姆,压差为15V时,电流为1.5A;当G点电压为15V时,电流为0。 - 这强调了驱动电路电阻的作用,以及MOS管是电压驱动的器件。 我需要构建一个清晰的回答: - 结构:逐步解释原理和设计。 - 步骤: 1. 简介三极管驱动NMOS的目的。 2. 解释NMOS的导通条件。 3. 描述三极管如何作为开关或放大器来驱动NMOS。 4. 提供一个简单的电路图(描述或伪代码)。 5. 讨论设计考虑,如电阻值选择。 6. 结尾生成相关问题。 确保使用中文。 数学表达式: - NMOS导通条件:$V_{GS} > V_{GS(th)}$,其中$V_{GS(th)}$是阈值电压。 - 电流计算:例如,$I = \frac{U}{R}$。 独立公式可以用于关键方程。 引用标识:在引用内容末尾添加[^1]或[^2]。引用[1]和[2]是提供的,所以我应该在回答中提到这些引用时使用它们。 现在,内容大纲: 1. **引言**:简述三极管驱动NMOS的应用场景,如开关电源、电机控制等。 2. **原理**: - NMOS管的基本工作原理:栅极电压控制漏源电流。 - 三极管(BJT)的工作原理:作为电流放大器或开关。 - 如何用三极管驱动NMOS:三极管提供栅极驱动电流。 3. **电路设计**: - 描述一个简单的三极管驱动NMOS电路。 - 例如:三极管集电极连接到电源,发射极接地,基极通过电阻控制;栅极通过下拉电阻或其他。 - 从引用[2]中:驱动电流$I = \frac{V}{R}$,其中V是压差。 4. **设计考虑**: - 选择适当的电阻值以确保足够的驱动电流。 - 避免Miller效应或其他问题。 - 考虑开关速度。 5. **示例**:提供一个简单的电路描述或示意图(文本形式)。 6. **结尾**:自然地添加引用标识。 7. **生成相关问题**:在最后添加§§相关问题§§部分。 相关问题生成: - 基于主题,如:如何优化驱动电路三极管和MOS管的组合优势?常见问题? 最后,确保回答真实可靠:基于标准电子学知识。 </think>### 三极管驱动NMOS管的电路设计及原理 在本回答中,我将逐步解释三极管驱动NMOS管的电路设计和工作原理。三极管(通常指双极结型晶体管,BJT)常用于驱动NMOS管,以实现高效开关控制,例如在电源管理、电机驱动或T12烙铁等应用中。这种组合的优势在于三极管可以提供较高的驱动电流,确保NMOS管快速导通和关断,同时简化电路设计。以下内容基于电子学基本原理,并参考了提供的站内引用资料。回答将从原理开始,逐步过渡到设计示例。 #### 1. **NMOS管的基本导通条件** NMOS管是电压控制器件,其导通取决于栅极-源极电压差$V_{GS}$。导通条件为: $$ V_{GS} > V_{GS(th)} $$ 其中$V_{GS(th)}$是阈值电压,通常为2-4V(具体值需参考数据手册)。导通时,漏源电压$V_{DS}$通常很低(例如0.3V),但栅极需要更高的电压来确保完全导通(如$V_G \approx V_S + 3V$)。如果驱动电压不足,NMOS无法可靠导通,这在引用[1]中已有强调[^1]。 #### 2. **三极管驱动NMOS的原理** 三极管(BJT)作为电流放大器,可以将小基极电流放大为较大的集电极电流。当用于驱动NMOS时,三极管的主要作用是提供栅极驱动电流或调整栅极电压: - **三极管工作模式**:设计为开关模式(饱和或截止区)。当基极输入高电平时,三极管导通,为NMOS栅极提供电流;反之,输入低电平时关断。 - **驱动电流需求**:NMOS管的栅极等效于一个电容($C_{iss}$),充电和放电需要瞬时电流。驱动电流$I_G$取决于电阻压差和电阻值: $$ I_G = \frac{\Delta U}{R} $$ 其中$\Delta U$是驱动电压与栅极电压的差,$R$是串联电阻。如引用[2]所述,当电阻$R_1 = 10 \Omega$时,压差15V可产生1500mA电流,但随栅极电压上升,电流降至0,表明NMOS是电压驱动的[^2]。 - **Miller效应考虑**:在开关过程中,栅漏电容可能导致电压波动,需选择合适电阻值来抑制振荡。 这种驱动方式的好处是:三极管能处理较高电流,避免MCU或逻辑电路直接驱动时的过载风险;同时,NMOS的上管驱动(源极接载)可确保安全隔离,如引用[1]提到的T12烙铁应用中高压区断开[^1]。 #### 3. **电路设计示例** 下面是一个简单的三极管驱动NMOS电路设计(文本描述),适用于24V系统(如T12烙铁)。电路核心包括: - 三极管(Q1)作为开关。 - NMOS管(M1)作为功率开关。 - 电阻(R_base, R_pull)控制基极电流和栅极下拉。 - 电源输入(如24V)。 **电路图文本描述**: ``` +Vcc (24V) ---> Load (e.g., T12加热器) ---> Drain of M1 | Source of M1 ---> GND | Gate of M1 --- R_pull (e.g., 10kΩ) ---> GND | Collector of Q1 (e.g., NPN三极管) --- R_pull (可选) | Emitter of Q1 ---> GND | Control Signal (e.g., PWM) --- R_base (e.g., 1kΩ) --- Base of Q1 ``` **工作原理**: - **导通过程**:当控制信号为高电平(如5V),三极管Q1基极电流$I_B$流过$R_{base}$,Q1饱和导通。集电极电流$I_C$流向NMOS栅极,使$V_G$上升到接近$V_{cc}$(24V)。此时$V_{GS} > V_{GS(th)}$,NMOS导通,载通电。 - 关键计算:假设$V_{BE} \approx 0.7V$,$I_B \approx \frac{5V - 0.7V}{R_{base}}$。若$R_{base} = 1k\Omega$,$I_B \approx 4.3mA$;三极管增益$\beta \approx 100$,则$I_C \approx 430mA$,足以快速充电栅极电容。 - **关断过程**:控制信号为低电平(0V),Q1关断,栅极电荷通过$R_{pull}$(下拉电阻)放电,$V_G$降至0V,NMOS关断。 - **设计参数选择**: - $R_{base}$:确保足够$I_B$使Q1饱和;典型值1-10kΩ。 - $R_{pull}$:下拉电阻,加速关断;典型值10kΩ。 - 电阻值影响驱动电流$I_G$,如引用[2]所示,需避免过大电阻导致驱动不足或过小导致功耗过高[^2]。 此设计成本低且可靠,特别适合DIY项目(如引用[1]的T12烙铁),但需注意开关速度(三极管延迟可能限制高频应用)。 #### 4. **设计优化与注意事项** - **电阻值优化**:增大$R_{base}$可降低功耗,但减少驱动电流;减小$R_{pull}$可加快关断。参考$I_G = \frac{U}{R}$公式,计算压差以匹配NMOS阈值。 - **保护措施**:添加栅极齐纳二极管(如12V)防止$V_{GS}$过压;在高速开关应用中,加入加速电容。 - **优缺点**: - 优点:BJT驱动能力强,电路简单;NMOS导通电阻低,效率高。 - 缺点:三极管引入开关延迟(ns级),不适合超高频率;需确保$V_{GS}$足够高,必要时结合电荷泵升压(如引用[1]方案)[^1]。 通过以上设计,您可以在项目中实现可靠的上管驱动NMOS方案。引用资料已验证了驱动电流和电压的关键作用[^1][^2]。
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