BJT是否适合电平转换器？看来FET更常见，如何比较？

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我是一个业余爱好者，从没有走过FET晶体管的数据表/教程。我是北京交响乐团的男人。我从未找到有关BJT与FET以及最适合每种类型的特定应用的讨论。我的项目是非常简单的开关和逻辑门式电路。因此，一旦我得到了BJT来满足项目的要求，我就会继续努力。我花了整个下午在EE-SE上进行研究，发现了很多好东西。我发现，对于电平转换器而言，FET似乎是更流行的选择。我希望有人可以对一些常见应用中FET和BJT的优势/劣势和权衡取舍提供“傻瓜式”解释。

我为项目选择了此电平转换器：我想使用具有3.3V GPIO的ESP8266驱动5V继电器。我测得的继电器线圈电流约为100mA。我想使用S8050和最少的零件，要求不高。我只是用ESP8266读取PIR传感器上的管脚，还读取一些拨动开关以使用继电器控制光。以上电路是一个不错的选择吗？我设计了自己的电路，但不打算使用它。尽管如此，如果有人能根据我的预感，猜测和一些伏都教义，对我的设计进行分析，仍然可以帮助我理解。

简而言之，我认为我的基极电流（GPIO输出Q1的3.3V-0.7V的基极）/ R2的1K欧姆= 2.6mA不会受到分压器R1 / R3中电流的很大影响，我认为是5 /（100K + 100K）= 25uA。我不知道R1，R2，R3和U1的基座的连接点如何工作；我猜想，U1的基极会将分压器的2.5V下拉至0.7V，但不确定如何影响GPIO产生的2.6mA。这就是为什么我要连接的电路。

relay gpio level-shifting

— 杰瑞
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R1在做什么？

— pericynthion

这就是伏都教派出现的地方：在各个巡回网站上看起来都很熟悉。咨询了我的魔术8球后，我认为我会尝试“偏置”电路。主要是，我只是想使GPIO引脚不超过3.3V。就像我说的那样，“伏都教”（或者迷信……等等）。

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我怀疑FET受欢迎的部分原因是，电压驱动而不是电流驱动，并且大多数人在使用开关应用时，它们在许多方面都更容易理解。不得不考虑使用BJT的最新消息可能有点让人头疼。有时具有讽刺意味的缺点与FETS是，你需要一个电压应用到门，而你没有得到你的积极铁路等上面多余的伏

— 伊恩·布兰德

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射线。是的，关于使用BJT进行几乎任何类型的切换安排，都有成百上千的好页面。它们也可以用作电平转换器，尽管尽管您使用了该短语，但实际上我不认为这是您的情况。如果要查看使用BJT进行电平转换的示例，请在此处查看我的答案。

下面，我会教你钓鱼，而不是给你一条鱼。

对于涉及电流合规性超出I / O引脚（例如继电器）的情况，或者驱动电压高于I / O引脚所不能承受的驱动电压（同样，例如继电器）的情况，或者需要感应保护的情况反冲（再次像继电器一样），您可能希望使用外部BJT或FET作为开关。

您可以安排事物，以便切换为：

在低端（靠近地面），或
在高端（继电器或其他设备的驱动电压附近），或
在两侧（H型桥，桥式负载等）

但是，您确实确实有充分的理由选择上面的（2）或（3）。如果您没有充分的理由，它们涉及更多的部分，并且通常不必要地复杂。因此，低端开关是检查类似问题的首选。

要设计任何开关，您首先需要驱动的规格以及驱动它的规格。

让我们看一下ESP8266的数据表：

在这里，您可以看到I / O引脚的电流符合性最大值为。这意味着您应该计划保持在该值以下。我喜欢保持在最大值的一半以下，如果可以管理的话，我会更好。越少越好，因为如果您同时使用多个不同的I / O引脚，则负载加在一起，并且整个端口和整个设备的功耗也受到限制。即使没有声明，它们也存在。因此，请保持尽可能低的状态。 $I_{MAX}=12\:\textrm{mA}$

还要注意电压限制。假设您正在使用，那么它们保证了80％的高输出电压，即 $V_{CC}=3.3\:\textrm{V}$ （这意味着在采购。）它们还保证了80％的低输出电压，即

\begin{matrix} (Voh Min) & V_{O H} \geq 2.64 V \end{matrix}

$V_{OH}\ge 2.64\:\textrm{V}\label{voh}\tag{Voh Min}$

I_{M A X}

$I_{MAX}$

（这意味着，当下沉

\begin{matrix} (Vol Max) & V_{O L} \leq 330 mV \end{matrix}

$V_{OL}\le 330\:\textrm{mV}\label{vol}\tag{Vol Max}$

。）

I_{M A X}

$I_{MAX}$

现在让我们看一下典型的继电器数据表：

从这里您可以看到电阻为 $125\:\Omega$ ，所需电流为 $40\:\textrm{mA}$ 。

$V_{CE}$ $V_{CE}$ $V_{CE}$ $\beta$

上面的数据表明，出于前面提到的所有原因，您确实确实需要外部开关。您之所以需要它，是因为它需要比I / O引脚可以提供的电流更多的电流，因为您想保护I / O引脚免受继电器电感的反电动势的影响，并且因为继电器需要比I / O更高的电压可以提供。甚至不要考虑直接使用I / O！

您也可以使用几乎任何BJT，因为继电器需要的电流很低。

$100\:\textrm{mA}$

在这种情况下，我将使用很多东西：OnSemi PN2222A设备。让我们从检查图11开始：

查看图11，您可以获得很多重要信息。首先是他们“建议”将其作为的开关进行操作 $\beta=\frac{I_C}{I_B}=10$ $V_{CE}$ $\frac{I_C}{I_B}=10$

\begin{matrix} (Ib) & I_{B} = 4 mA \end{matrix}

$I_B=4\:\textrm{mA}\label{ib}\tag{Ib}$

\begin{matrix} (Vbe) & V_{B E} \approx 800 mV \end{matrix}

$V_{BE}\approx 800\:\textrm{mV}\label{vbe}\tag{Vbe}$ 该集电极电流为。（只需沿x轴查找集电极电流，然后向上看曲线与y轴值相交的位置即可。）这最后一个细节将在设计中使用。

是时候准备原理图了：

原理图

^{模拟该电路 –使用创建的原理图 CircuitLab}

$R_1$ $\ref{voh}$ $\ref{vbe}$ $\ref{ib}$

\begin{matrix} (R1) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{4 mA} = 460 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}=460\:\Omega\label{r1}\tag{R1}$

$470\:\Omega$

$3.3\:\textrm{V}$ $\frac{3.3\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{470\:\Omega}\approx 4.4\:\textrm{mA}$

$R_1$

$100\:\textrm{mA}$ $\beta$

在这里，您可以看到标记为的曲线 $150\:\textrm{mA}$ $I_B$ $V_{CE}$ $V_{CE}$ $100\:\textrm{mV}$ $I_B\approx 8\:textrm{mA}$ $10\:\textrm{mA}$ $\beta$

将所有这些结合起来，以接力 $100\:\textrm{mA}$ $I_B=4\:\textrm{mA}$ $I_B=5\:\textrm{mA}$ $I_B=6.7\:\textrm{mA}$

让我们重新计算下式 $\ref{r1}$

\begin{matrix} (R1 redo 1) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{5 mA} = 368 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}=368\:\Omega\label{r1x}\tag{R1 redo 1}$

\begin{matrix} (R1 redo 2) & R_{1} = \frac{2.64 V - 800 mV}{6.7 mA} = 275 Ω \end{matrix}

$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{6.7\:\textrm{mA}}=275\:\Omega\label{r1y}\tag{R1 redo 2}$

在这两者之间？我会和一起去 $R_1=330\:\Omega$ $7.5\:\textrm{mA}$ $12\:\textrm{mA}$ 上面显示的ESP8266数据表的值，但在下面的值足以使我不太担心。（至少，除非我不知道我要在大量I / O引脚上重复此驱动程序，否则不这样做。在那种情况下，我可能会去看看是否对整个端口或设备有指定的限制。）

— jonk
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很好的答案！这将是我使用的电路，我已经清理了一些2N2222A。我以为我对此材料感到失望，但是很高兴您能详细介绍一下您所做的事情，因为我发现我在某些方面有些动摇：首先，我将注意保证高品质的价值。电平输出电压和80％的系数（或任何情况），而不是在我的计算中仅使用100％的整数。让我真正感到惊讶的是您使用集电极电流/基极电流的beta参数。我一直都在使用hFE。我掩饰了

我的问题中的计算结果是：我使用5V电源通过继电器测量了100mA（我无法获得数据表，因为我已经粘在印刷品上了）。我将此乘以建议的2倍至5倍的安全裕度，因此我选择了260mA。这不是我用于集电极电流的吗？我将其除以100的hFE以获得2.6mA的基本电流。因此，这就是让我感到困惑的地方：以为hFE是收集器当前获得的基础。重新排列beta = Icollector / Ibase会给出基本电流X beta =集电极电流。我在哪里溜了？我也对图11中的图表感到困惑

@ Ray71如果您想让BJT像开关一样运转，则必须超载。看图11。您可以看到曲线

V_{C E} = 10 V

$V_{CE}=10\:\textrm{V}$ 这将与

β

$\beta$ 你已经习惯了。但是另一条曲线是针对“饱和度”的。您要使用开关来实现。如果您的继电器电流是

100 mA

$100\:\textrm{mA}$ 那么我认为您可以使用

β = 15

$\beta=15$ 或更高一点。这使得它仍然可以用于您的I / O引脚。

— jonk

顶部有3个图，其中2个标记明确，但第三个图只是说“ 1.0 V”。即使我使用了标有“ Vbe（sat）@ Ic / Ib = 10”的那个，我还是对“ 1.0V”感到好奇。对于保护二极管，我习惯于使用范围为1N4001-1N4007的二极管再说一次，出于无知，我认为比看起来精致的1N4148更“高效”，这意味着它更“繁重”。从现在起，我将继续使用1N4148，只是想知道我从他的示意图中推断出，二极管的阴极应连接至

@ Ray71 BJT变得越来越饱和，因为

V_{C E}

$V_{CE}$ 小于一伏特你要开车

V_{C E}

$V_{CE}$ 远低于伏特因此，您必须在饱和状态下处理此问题，而不必使用曲线

V_{C E} = 1 V

$V_{CE}=1\:\textrm{V}$ 要么

V_{C E} = 10 V

$V_{CE}=10\:\textrm{V}$ ，显然。那将是非常糟糕的开关。随时使用适合您的任何二极管。大多数将生存。我不想涉及计算归纳反冲的细节。（可以做到）

— 。–

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您不需要这个“伏都教徒”。R1和R3都不需要。双极晶体管工作于电流而不是电压。这些电阻仅需要将晶体管偏置到线性放大器的线性区域即可。您不需要线性放大，而是需要高效开关。

原理图

^{模拟此电路 –使用 CircuitLab创建的原理图}

发射极-基极电压 $U_{BE}$ 取决于集电极电流，但通常约为1V。因此，在其基极为3.3V且基极电阻为1k的情况下，基极电流约为2mA。

使用开关晶体管，它们具有高β值，并在非常低的输入电流下达到饱和。您也可以考虑将达灵顿类型用于更高的负载。饱和导致较低的电压降和较少的晶体管发热。

— 扬卡
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FET不会饱和。因此获得了巨大的速度胜利。

对于有用电流，双极Vbe几乎设置为0.5--0.7V。

FET可以在栅极和通道之间愉快地允许1或2或5或10伏。因此，操作灵活性大获成功。

— 模拟系统
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BJT和FET的一般比较：

BJT：-电流控制器件-电荷载流子既是电子又是空穴（因此是双极的）-物理上更大-输入电容很小（可以提供更高的速度/更高的频率放大）-线性放大更多，因为增益不取决于偏置电压-可以具有较低的输出阻抗，因此更容易驱动低阻抗负载-由于电流控制，通常功耗较高

FET：-电压控制设备（较低的功耗，通常仅在切换状态时才汲取功率）-电荷载流子是电子或空穴（取决于类型，因此是单极性的）-物理上更小-可以更容易缩放（通过将栅极减半来减少漏极电流）尺寸）-通常较高的输入电容和米勒效应意味着随着增益的增加，输入电容也会随之增大-无法很好地将低阻抗驱动为低（通常需要缓冲级）-通常功耗较低

这绝不是一个完整的差异列表，但希望能回答有关两种类型的晶体管之间差异的问题。根据我的教育经验，似乎有95％的时间是业余爱好者项目中的BJT，但对于大型，高密度项目，CMOS是主要选择，因为大多数数字电路都是CMOS，因此更便宜在同一过程中同时产生模拟和数字。

— 埃芬格
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在某些应用中，能源效率非常重要。即使有许多应用程序并不重要，但许多人不喜欢不必要地将设计限制在后一种应用程序中。

如果需要一个基于单BJT的电路，该电路能够切换100mA，那么无论负载电流实际上是100mA还是零，该电路可能在需要接通时都需要汲取2-10mA的电流。。如果负载在开启时实际上会消耗100mA的电流，那么即使在此时将10mA的电流增加到系统的功耗上，也只会使整体功耗增加10％。但是，如果负载可能通常只驱动1mA的电流，则在接通时增加2mA的电流消耗将使与控制该负载相关的功耗增加三倍。如果负载在大多数时间都处于接通状态（但仅消耗很少的电流），那将是非常浪费的。

与MOSFET相比，BJT的可用时间更长，为此设计了许多电路。我不知道任何特定的MOSFET都和2N3904和2N3906一样普遍。这些零件远非地球上最好的晶体管，但无处不在。我不知道可以说相同的任何MOSFET。

— 超级猫
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