三极管驱动电路设计

前言

数电和模电到底什么？单片机的IO口处理的是什么？硬件通讯是怎么来完成的？

这就是我们这里的内容。

数字量

数字量，是一种布尔类型，它只有两种状态——真假、高低、有无等等。

在电子设计当中，我们所“使用”的就是“高低”状态，比如我们单片机所说的高电平、低电平。

我们通过给三极管的基极高低电平，实现对三极管集电极和发射机的导通性控制，这就是一个应用，这里我们以蜂鸣器模块为例。

蜂鸣器模块

蜂鸣器模块是最为基础的一个传感器，分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。

蜂鸣器的实质跟扬声器差不多，一些线圈+磁铁的方式，给线圈提供交流电，线圈在磁铁的作用下带动薄膜震动发出声音。

有源蜂鸣器的内部集成有震荡电路，可以将直流电信号转变为交流电信号从而发出声音。

但是由于内部的震荡电路频率是固定的，所以发出的声音频率是不可变，我们只能通过调节功率的大小实现对声音大小的控制。

无源蜂鸣器的内容没有震荡电路，我们需要使用交流电信号才能让其发出声音。

我们可以通过单片机的IO引脚产生指定频率的信号来驱动、也可以借助一些时钟芯片（比如NE555）来产生周期性的变化电流来驱动。

通过频率的不同，发出的声音也是不同的，这也就是那些midi音乐的原理。

蜂鸣器模块由三根引脚，分别是VCC、GND两个供电引脚和IO信号引脚构成。

单片机的IO口不可以直接驱动，一是单片机的IO驱动电流不够可能无法发声（功率不足、音量过低），二是蜂鸣器的线圈会通过IO对单片机内部造成伤害。

所以这个时候我们需要来设计以一个驱动电路来实现控制。

三极管的三个极分别是基极、集电极、发射极，通过三极管分为NPN和PNP两种。

我们将单片机的IO引脚接在三极管的基极（阀门），将蜂鸣器和三极管的集电极、发射机极连接。

单片机IO来控制基极、基极控制集电极和发射机是否导通、最终实现蜂鸣器驱动电路的设计。

这是使用S8050三极管实现的蜂鸣器驱动电路。S8050是一款小功率NPN型硅管，集电极-基极(Vcbo)电压最大可为40V，集电极电流为(Ic)0.5A。

IO在三极管施加高电平、控制三极管的集电极和发射极导通，VCC经过蜂鸣器、经过三极管的集电极和发射极、流向GND形成闭路（闭合的电路），蜂鸣器发出声音。

这也是最基础一个正逻辑、共阳性驱动电路。

根据三极管电压、电流的范围，我们可以将这个电路应用在更多的方面。

比如驱动一个功率大一点的LED、驱动一个直流电机等等，这一类属于是数字输出型、高电平触发型传感器驱动电路。

如果蜂鸣器是有源蜂鸣器，那么通过高低电平即可实现蜂鸣器的状态——“响和不响”；

如果蜂鸣器是无源蜂鸣器，我们在基极（IO引脚）施加频率脉冲信号时，根据三极管的特性，蜂鸣器会产生相应频率的声音。

这是一种高电平触发的传感器，那么有没有低电平触发的呢？

有的，大家可以在这个电路的基础上增加一个“反相电路”，又或者是使用PNP三极管即可实现。

但是低电平触发的传感器，需要在特定的场景下才能进行使用。

单片机IO的模式有以下几种：

• 上拉模式：通过上拉电阻使引脚默认处于高电平。
• 下拉模式：通过下拉电阻使引脚默认处于低电平。
• 浮空模式：即引脚高低电平不明，默认可能处于高电平，也可能处于低电平。

当然还有推挽和开漏，这部分内容我们后期解锁。

很多单片机在使用的时候如果没有对相关引脚进行初始化，那么这个引脚将处于浮空模式，不知道它是高还是低。

现在很多单片机内部集成了处理默认是低电平模式，当然你也可以配置寄存器实现默认是高电平电路设计。

如果你现在的蜂鸣器模块是低电平触发的，那么在你还没有上传程序的时候将会一直发声。

我们默认了真、高、有是一类，默认了假、低、无是一类，这也就是所说的正逻辑。

而低电平发出声音、高电平不发出声音，这属于是负逻辑。

对于我们的很多时候的设计，会有不同的影响。