BJT電晶體開/關應用筆記 @ MU HAN的部落

BJT電晶體開/關應用筆記 - 利用某電腦DIO中的DO輸出控制24V Relay線圈開或關

BJT電晶體原理及細節請參考電子學書籍及相關網路說明，本文針對電晶體的應用特性作一筆記，並結合一個輸出控制信號作應用實測。

網上看到介紹BJT的基本結構資料，覺得很不錯，將它截錄下來，作為快速恢復記憶用的。

沒學過電子學的，就當看看圖畫，看看囉。

<圖1>

資料來源: http://www.pws.stu.edu.tw/shchen/Handout/STU_EC2_Ch04.pdf

<圖2>

資料來源: http://www.pws.stu.edu.tw/shchen/Handout/STU_EC2_Ch04.pdf

<圖3>

資料來源: http://www.pws.stu.edu.tw/shchen/Handout/STU_EC2_Ch04.pdf

BJT電晶體主要有幾個工作區也是它的動作特性(工作模式)區，譬如要作開/關動作或放大器動作則要選擇正確的工作區才能讓電晶體正常的達到工作目的。

電晶體的工作模式

電晶體有兩個接面：基-射極(BE)接面及基-集(BC)極接面。
由接面所受的偏壓方式不同，可得到四種工作模式：

作用區(active region)：V_BE順向偏壓，V_BC反向偏壓。

飽和區(saturation region)：V_BE順向偏壓，V_BC順向偏壓。

截止區(cutoff region)：V_BE反向偏壓，V_BC反向偏壓。

反向作用區：V_BE反向偏壓，V_BC順向偏壓。

作用區內的電晶體特性，可將電晶體當成放大器。
截止區內的電晶體像是一個切斷(OFF)的開關。
飽和區內的電晶體像是一個閉合(ON)的開關。

電壓	射極接面偏壓V_BE	集極接面偏壓V_BC	工作模式
NPN型
E < B < C	順向	逆向	順向-放大
E < B > C	順向	順向	飽和
E > B < C	逆向	逆向	截止
E > B > C	逆向	順向	逆向-放大
PNP型
E < B < C	逆向	順向	逆向-放大
E < B > C	逆向	逆向	截止
E > B < C	順向	順向	飽和
E > B > C	順向	逆向	順向-放大

<表一>電晶體工作模式

資料來源: https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%8F%8C%E6%9E%81%E6%80%A7%E6%99%B6%E4%BD%93%E7%AE%A1

<圖4>

資料來源: http://www.pws.stu.edu.tw/shchen/Handout/STU_EC2_Ch04.pdf

<圖5>

資料來源: http://www.pws.stu.edu.tw/shchen/Handout/STU_EC2_Ch04.pdf

<圖6>

資料來源: http://www.pws.stu.edu.tw/shchen/Handout/STU_EC2_Ch04.pdf

<圖7>

資料來源: http://www.pws.stu.edu.tw/shchen/Handout/STU_EC2_Ch04.pdf

應用例

NPN或PNP控制Relay的開/關動作範例

<圖8>NPN電晶體的Relay開關電路

資料來源: http://www.electronics-tutorials.ws/blog/relay-switch-circuit.html

<圖9>PNP電晶體的Relay開關電路

資料來源: http://www.electronics-tutorials.ws/blog/relay-switch-circuit.html

應用例實際測試

如圖10，一控制器硬體輸出訊號為GPO為開集極電路訊號(有些工控電腦DIO中的Output輸出控制DO就是長這樣)，今我們想要控制一DC24V Relay線圈的開關動作，因為Relay的動作線圈需要較一般電子信號大的電流來驅動，如果直接控制Relay的線路如圖12所示，有可能會造成Relay線圈因光耦合chip中I_C可流過的電流太小而無法達到線圈完全啟閉動作的狀態，所以我們使用PNP電晶體控制Relay動作如圖11所示，提供足夠的線圈動作電流驅動控制繼電器開/關，採用PNP的原因是可以跟GPO的輸出端同相信號，即GPO是ON，Relay為ON，反之。