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单片机I/O口驱动一定要用三极管吗?

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甘木|  楼主 | 2022-1-1 21:33 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
单片机I/O口驱动,为什么一般都选用三极管而不是MOS管?这里其实有两个问题:
1.单片机为什么不直接驱动负载?
2.单片机为什么一般选用三极管而不是MOS管?

图1

答:
1.单片机的IO口,有一定的带负载能力。但电流很小,驱动能力有限,一般在10-20mA以内。所以一般不采用单片机直接驱动负载这种方式。

2.至于单片机为什么一般选用三极管而不是MOS管?需要了解三极管和MOS管的区别,如下:

①三极管是电流控制型,三极管基极驱动电压只要高于Ube(一般是0.7V)就能导通。

②MOS管是电压控制型,驱动电压必须高于阈值电压Vgs(TH)才能正常导通,不同MOS管的阈值电压是不一样的,一般为3-5V左右,饱和驱动电压可在6-8V。

我们再来看实际应用:

处理器一般讲究低功耗,供电电压也越来越低,一般单片机供电为3.3V,所以它的I/O最高电压也就是3.3V。

①直接驱动三极管
3.3V电压肯定是大于Ube的,所以直接在基极串联一个合适的电阻,让三极管工作在饱和区就可以了。Ib=(VO-0.7V)/R2。

图2 驱动三极管示意图

②驱动MOS管
通过前面也了解到,MOS管的饱和电压>3.3V,如果用3.3V来驱动的话,很可能MOS管根本就打不开,或者处于半导通状态。

在半导通状态下,管子的内阻很大,驱动小电流负载可以这么用。但是大电流负载就不行了,内阻大,管子的功耗大,MOS管很容易就烧坏了。

所以,一般选择I/O口直接控制三极管,然后再控制MOS管。

图3 I/O口驱动三极管后再驱动MOS管

当I/O为高电平时,三极管导通,MOS管栅极被拉低,负载RL不工作。
当I/O为低电平时,三极管不导通,MOS管通过电阻R3,R4分压,为栅极提供合适的阈值电压,MOS管导通,负载RL正常工作。

为什么要这样操作呢?一定要用三极管来驱动MOS管吗?

那是因为三极管带负载的能力没有MOS管强,当负载电流有要求时,必须要用MOS管来驱动。

那可以用I/O口直接驱动MOS管吗?答案是可以的,但这种型号不好找,这里给大家推荐一个NMOS型号:DMN6140L-13(因为用的少,目前就知道这个型号,如果大家有知道的,可以在评论区告诉我,感谢)。


图4  DMN6140L-13阈值电压

这个管子的阈值电压是1V,3.3V的时候可以完全导通,导通时的最大电流大约2.3A的样子。


图5  DMN6140L-13导通电流

我们再来看看,常用的NPN三极管LMBT2222ALT1G的带载能力,最大电流IC=600mA。


图6  LMBT2222ALT1G导通电流

可见MOS管的驱动能力是三极管4倍,所以对负载电流有要求的都使用MOS管。

在要求不高,成本低的应用场合,一般使用三极管作为开关管。

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沙发
甘木|  楼主 | 2022-1-1 21:33 | 只看该作者
MOS管是电压控制型,驱动电压必须高于阈值电压Vgs(TH)才能正常导通,不同MOS管的阈值电压是不一样的,一般为3-5V左右,饱和驱动电压可在6-8V。

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板凳
qbwww| | 2022-1-1 21:46 | 只看该作者
单片机的IO口,有一定的带负载能力。但电流很小,驱动能力有限,一般在10-20mA以内。所以一般不采用单片机直接驱动负载这种方式。

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地板
Becky11| | 2022-1-2 18:18 | 只看该作者
kankan

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5
天火城| | 2022-1-2 18:19 | 只看该作者
本帖最后由 甘木 于 2022-1-2 18:39 编辑

好资料,感谢分享!!!!!。

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6
宾吐村| | 2022-1-2 18:19 | 只看该作者
本帖最后由 甘木 于 2022-1-2 18:39 编辑

谢谢分享学习了。

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7
Reade| | 2022-1-2 18:21 | 只看该作者
本帖最后由 甘木 于 2022-1-2 18:39 编辑

收藏一下。

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8
Judd0505| | 2022-1-2 18:21 | 只看该作者
本帖最后由 甘木 于 2022-1-2 18:38 编辑

很好的资料。

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9
马黄| | 2022-1-2 18:21 | 只看该作者
本帖最后由 甘木 于 2022-1-2 18:38 编辑

看样子确实不错,谢谢分享。

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10
唐松11| | 2022-1-2 18:22 | 只看该作者
本帖最后由 甘木 于 2022-1-2 18:38 编辑

好东西,谢谢楼主分享。

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11
汤正| | 2022-1-2 18:22 | 只看该作者
本帖最后由 甘木 于 2022-1-2 18:37 编辑

谢谢大佬讲解分享

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12
沈山| | 2022-1-2 18:23 | 只看该作者
本帖最后由 甘木 于 2022-1-2 18:37 编辑

好**哦。

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13
kingTek| | 2022-1-10 16:41 | 只看该作者
本帖最后由 kingTek 于 2022-1-10 16:47 编辑

与楼主的所见正好相反:
三极管需要根据C极电流配置合适的B极电阻,繁琐,电流稍大,频率稍高麻烦事更多。
场效应管只要Vgs大于一个门限阈值即可,3V系统一般用低阈值电压的MOS管,例如IRFU024,SI2401,等等,G极直接与IO口连接,IO口设置为PUSH/PULL,Vgs足够,Vsd基本等于0,电流也大,频率更高!
如果CPU的电源电压为5V,那么MOS的选型更简单;
基于上述几点,我本人设计此类电路,首选是MOS管,双极型的三极管极少使用了。
这些基础知识当年的电子杂志上早就讨论过,三极管与MOS的优劣问题,早已有定论。

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