晶体管9014、3du5在红外光控电子小姐玩具设计中起什么作用？

模拟电子电路设计部分

Vd

dOSC

TGOUT

Vss

1

2

3

4

5

6

7

8

NE555

C2

0.01u

C3

51p

C1

10u

VT2

9014

VT3

9014 VT4

9013

LED1

VT1

3DU5

R1

47

R2

39K

R3

10K

R4

1M

R5

470R7

330K

R6

270

R8

5.1K

RW1

240

VS1

2CW52

E1

9V

S1

BL1

8

晶体管 9014 、 3DU5 在红外光控电子小姐玩具设计中起什么作用？

3.1 模拟电子电路设计



3.1.1 晶体管 3.1.2 光敏三极管

3.1.3 光电耦合器

§3.1.1 双极型晶体管一、晶体管的结构及类型

B

E

C

N

N

P

基极

发射极

集电极NPN 型

P

N

P

集电极

基极

发射极

B

C

E

PNP 型


B

E

C

N

N

P

基极

发射极

集电极

基区：较薄，掺杂浓度低

集电区：面积较大

发射区：掺杂浓度较高


B

E

C

N

N

P

基极

发射极

集电极

发射结

集电结


二、工作原理 (NPN)

B

E

C

N

N

P

EB

RB

EC

IE

基区空穴向发射区的扩散可忽略。

IBE进入 P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流 IBE ，多数扩散到集电结。

模拟电子电路设计部分发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流 IE 。

B

E

C

N

N

P

EB

RB

EC

IE

集电结反偏，有少子形成的反向电流 ICBO 。

ICBO

IC=ICE+ICBOICE

IBE

ICE

从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成 ICE 。


IB=IBE-ICBOIBE

IB

B

E

C

N

N

P

EB

RB

EC

IE

ICBOICE

IC=ICE+ICBO ICE

IBE


ICE 与 IBE 之比称为电流放大倍数

要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。

B

C

CBOB

CBOC

BE

CE

I

I

II

II

I

I


NPN 型三极管 PNP 型三极管


IE=IB+IC仿真演示

电流方向和各极极性：


三、三极管的工作状态

iB =

20

μA

0

40

60

80

100

2 4 6 80

1

2

3

4iC/ mA

uCE/ V

放大区

1 、放大区：发射结正偏，集电极反偏

a. UCE>UBE

b. IC=βIB

c. IC 与 UCE 无关


3 、截止区：发射结零偏或反偏，集电极正偏

a. IB≈0

b. IC≈0

饱和区放大区

iB =

20

μA

0

40

60

80

100

2 4 6 80

1

2

3

4iC/ mA

uCE/ V

截止区

2 、饱和区：发射结正偏集电结正偏

a. UCE≤UBE

b. IC ＜ βIB

c. UCE 增大， IC 增大

d.UCE<=0.3v


四、晶体管在实际应用中的作用

晶体三极管的主要作用是放大、开关、振荡、可变电阻和阻抗变换等。 (1) 放大是晶体三极管最主要的作用图 2 为晶体三极管放大电路，输入信号 Ui 经耦合电容 C1 加至晶体三极管 VT 基极使基极电流 Ib 。随之变化，进而使集电极电流 Ic 相应变化，变化量为基极电流的 β倍，并在集电极负载电阻 Rc 上产生较大的压降，经耦合电容 C2 隔离直流后输出，在输出端便得到放大了的信号电压 Uo 。因此输出电压 Uo 与输入电压 Ui 相位相反。


VT

C1

C2Rc

Rb2

4

Ui

XSC1

A B

G

T

VCCVCC

Rb1

32

5

0

ui

uo

仿真演示


能不能用干簧管开关直接控制电动机的转与停呢？玩具电动机是常用的动力装置，它能够把电能转换为机械能，可用于小电风扇转动、玩具车行驶控制、飞机的启降等执行功能。通常玩具直流电动机工作电压低，虽然在 1.5 ～ 3V 就可以启动，但起动电流较大（ 1 ～ 2 安培），如果用触点负荷仅为几十毫安的干簧管进行开关控制，将大大缩短其使用寿命。因此，在玩具控制电路中，常使用电子开关来控制电动机的工作状态。三极管电子开关电路见图 4.

(2) 晶体三极管可以用作电子开关


M

S+

_

3V

R

100欧


(3) 晶体三极管可以构成振荡电路。

B AC D+

+


假设流经 R2 的电流比 R1 的大，经过 Q2 的 B 放大则致使流 D1和 R3 ，同时使 Q2 的集电极电位下降，那么 C1 的两端电位出现了电位差，由于电容的两端电压，不允许突变，则致使 Q1 的基极电位下降，使 Q1 的集电极电压上升，经 C2 使 Q2 的基极电位升高，使 Q3 的集——射电流更大，形成正反馈，此过程就将将均处于放大状态的 Q1 ， Q2 ，分别向截止和饱和状态过度。当 Q2 饱和时，集电极电压稳定不变，且电流也不受控于基极，那么，电源会经 R1 向 C1 充电，使 Q1 的基极电位上升，造成集电极电位下降，同理 C2 两端电位也不可以瞬间变化。则致使 Q2 的基极电位下降，使 Q2 的集电极电位上升，经过 C1 必将会使 Q1 电位上升，形成正反馈。使 Q1Q2 分别处于截止、饱和状态向饱和、截止过度。就这样两个三极管交替的饱和截止，则使 D1D2 交替闪烁，形成振荡。


(4) 晶体三极管还具有阻抗变换的作用图 5 为射极跟随器电路，由于电路输出信号自晶体三极管 VT 的发射极取出，输出电压全部负反馈到输入端，所以射极跟随器具有很高的输入阻抗 Zi 和很低的输出阻抗 ZO 常用作阻抗变换和缓冲电路。

C1

C2VT

Re

2

Rb

Rs

Us

1

VCC

VCC

53

+

—

RL1

6

0

+

—

ZiZo

光控电子小姐


§ 3.1.2 光敏三极管一、工作原理

光敏三极管有 PNP 型和 NPN 型两种，如图。其结构与一般三极管很相似，只是它的发射极 e 一边做的很大 , 以扩大光的照射面积 , 且其基极 b 不接引线。当集电极 c 加上正电压 , 基极开路时 , 集电极处于反向偏置状态，集电极电流为原始光电流的 β 倍，故其具有电流放大作用。


ec

c (+)

e (–)3DU5C

外型符号

IC = （ 1+ ） IB

= 100 ~ 1000

有 3AU 、 3DU 系列

如 3DU5C ：最高工作电压 30 V

暗电流 < 0.2 A

光电流 3 mA


二、应用举例1. 开关电路

直接驱动式，能提供 3 mA 的光电流。

三极管 T 用于放大驱动电流。

泄流二极管，在继电器脱电时，使线圈自感电动势形成放电回路且限幅为0.7V ，从而使三极管免受过大的 uCE 。


2. 测速电路


§ 3.1.3 光电耦合器一、基本原理

+

–

c

e

发光器件LED

受光器件光电三极管

实现电 - 光 - 电传输和转换

特点：电隔离，信号单向传输。抗干扰和噪声，响应速度快，使用方便。


常见光电耦合器件


二、主要参数1. 输入参数。即 LED 的参数2. 输出参数。与光电管同，其中：（ 1 ）光电流指输入一定电流（ 10 mA ），输出接一定负载（约 500 ）和一定电压（ 10 V ）时输出端产生的电流。（ 2 ）饱和压降指输入一定电流（ 20 mA ），输出接一定电压（ 10 V ） ,调节负载使输出达一定值 ( 2

mA ) 时时输出端的电压 ( 通常为 0.3 V ) 。

+

–

c

e

3. 传输参数（ 1 ）电流比 -----指直流状态下，输出电流与输入电流之比。一般 < 1 。（ 2 ）隔离电阻 -----指输入输出间绝缘电阻。（ 3 ）极间耐压 -----指发光管光电管间的绝缘耐压，一般在 500 V 以上。

与 LED 和光敏三极管的位置

有关


三、类型、特点和用途

分类：普通光电耦合器线性光电耦合器

------ 用作光电开关。------ 输出随输入成线性比例变化。

特点：抗干扰性能好、隔噪声、响应快、寿命长。用作线性传输时失真小、工作频率高；用作光电开关时无机械触点疲劳，可靠性高。

用途：实现电平转换、电信号电气隔离。


四、应用举例1. 计算机接口电路示意图

计算机系统工业

系统

传感电路执行机构

输入

输出

R1

R2

传输线

线性光电耦合器

功能：（ 1 ）双向数据实时传输；（ 2 ）隔离，防止现场干扰窜入计算机；（ 3 ）电平转换，适应计算机和工业系统执行机构要求。


2. 光耦合器组成的开关电路

功能：（ 1 ）实现脉冲传输；（ 2 ）实现电平转换。

低电平VCC1

低电平

高电平低电平

高电平

示例

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