電晶體驅動器(transistor driver)
邏輯接腳是個瘦弱的書生:它能輸出乾淨的高或低,卻只能給出幾毫安。一顆馬達、一個繼電器線圈、一個蜂鳴器、或一串 LED,可能要幾百毫安甚至幾安。電晶體驅動器就是跨越這道鴻溝的肌肉——一顆當開關用的電晶體,由微弱的邏輯訊號控制小小的基極或閘極電流,由電晶體扛起龐大的負載電流。想想水龍頭:手把(邏輯接腳)上輕輕一觸,控制著強勁的水流(負載)。
標準的低側驅動器把負載放在電源與電晶體集極(或汲極)之間,電晶體的射極(或源極)接地。透過電阻驅動基極,電晶體進入飽和,把負載接到接地而導通。用 BJT 時你必須供應足夠的基極電流:負載 200 mA、電晶體 beta 為 50,至少需要 200/50 = 4 mA 的基極電流,而你通常會給更多以把它硬推進飽和,基極電阻取 (Vlogic - 0.7) / Ibase。邏輯準位 MOSFET 往往更省事——它幾乎不需要持續的閘極電流,只要高於臨界值的足夠電壓,而它低的導通電阻浪費的熱很少。無論哪種,繼電器或馬達這類電感性負載都需要跨接一顆飛輪二極體(flyback diode),以吸收電晶體關斷時的電壓尖峰。
電晶體驅動器是微控制器把邏輯化為行動的方式:切換繼電器、LED、電磁閥、加熱器與小馬達。會咬到初學者的誠實細節:漏了飛輪二極體,電感性負載關斷時的尖峰會擊穿並毀掉電晶體;BJT 基極驅動不足,它就離開飽和、壓降變大而過熱;而一顆邏輯接腳裡的小電晶體本身無法驅動大負載——你要依電流與熱來挑選元件。對許多小負載,ULN2003 之類的陣列把七個現成、內建飛輪二極體的驅動器塞進一顆晶片。
一個微控制器接腳(提供 5 mA)透過 1 kΩ 電阻驅動一顆 NPN 電晶體的基極,去切換一個吃 80 mA 的 12 V 繼電器線圈。一顆飛輪二極體跨接在線圈上。接腳本身永遠供不出 80 mA;粗重的活由電晶體來幹。
微弱的邏輯訊號號令強大的電流——是水龍頭,不是水牆。
切換電感性負載(繼電器、馬達、電磁閥)卻不加飛輪二極體,是經典的電晶體殺手:崩塌的磁場產生高壓尖峰,擊穿並毀掉開關。