对单片机电路的疑问

Question

在单片机中，程序设定一个输出引脚的为高电平3v，用这个高电平通过三极管的基极到电源负极去驱动负载，
我们知道三极管的基极的电阻很小，也就是三极管上的基极管压降只有0.4V左右，根据电路定律，那么是不是输出引脚对地的电压也只有0.4v，变成了低电平？

这个问题困扰了我数年，比如，在课本中，通过某局部电路分析获得A某点对地的电压为5v，但是当我们把其他需要5v输入的电路接到A点时，由于其他的电路还有负载，A点的电压必然发生改变，不是5v，那么原来分析的局部电路为5v有什么意义呢？
谢谢大家的回答，想想了确实要接一个电阻，没接电阻，就是就是给引脚输入一个低电平。
对于问题2，还是无法释然，再加100分，谁再帮帮忙。

Answer 1

1.问题确实串联电阻
2.两个问题确实很类似，都涉及到了一个电源内阻的问题，任何一盒恒定电路中一点的电压，都可以等效为一个电阻与一个电压源的串联（戴维南等效电路），只测量空载电压相当于只测试了等效电路中的电压源数值大小，而等效内阻并没有测量。局部分析的意义在于当外界接到A点的负载远远大于等效电路中的等效内阻时，其对A端电压是没有影响或说影响很小的，这就是局部分析的意义。就比如说问题一中的接三极管，单片机IO口输出高电平时，其等效为一个3V电压源和其输出电阻串联的电路，不接负载时，输出为3V，当直接接上三极管时，输出电压被三极管的BE节钳位到0.4V，你说这时候与低电平是一样的其实是不正确的，三极管是电流控制器件，输出高点平时，虽然基极电位是0.4V，但是其从等效电路可以看到，流入基极的电流是有的，大小就是Ib=（3-0.4）/Rs（Rs就是单片机的输出电阻），这样在三极管的集电极就会产生电流（<βIb,但是因为这个时候的Ib较大，所以其达到饱和导通了）；但是假设输出为低电平电压也为0.4V，这个时候Ib=（0.4-0.4）/Rs=0，没有电流流过，所以三极管是截止的，所以虽然节点A电压都为0.4V，但是最终的作用效果还是不同的，三极管还是可以正常导通的，只不过为了减少单片机IO口及三极管的功耗，一般会接一个限流电阻刀三极管基极。
  说到这里相信你已经对第一和第二个问题有了深入的了解了吧。
    从上面的分析来看，你的问题补充里面说的“想想了确实要接一个电阻，没接电阻，就是就是给引脚输入一个低电平。 ”是不充分的！
问题并不在于给引脚输入了低电平！
    相信你仔细看懂了上面的分析，就应该对你的两个问题会有进一步的了解，希望能对你有所帮助！

Answer 2

单片机输出端不能直接与三极管基极连通，要串联电阻。
如：
设三极管基极输入电流为5mA时，可以保证三极管饱和导通，
Ube为0.6V，
则：电阻值选取R=（3-0.6）/0.005=480欧，选择系列值470欧，
验算：I=（3-0.6）/470=0.0051A=5.1mA，
电阻发热功率：P=I*I*R=0.0051*0.0051*470=0.0122247W，选择电阻大于（1/16）W也足够。
注意，这是测量单片机输出仍然为3V，但三极管基极只有0.6V，在电阻上已经产生压降。如果取消电阻，则要么单片机过载烧毁，要么三极管be结烧断。
补充：
高低电平（电压值范围）是对逻辑电路而言，对于三极管放大驱动电路来说，它是模拟电路，0.4（硅管应该是0.6~0.7V）的Ube只要能使PN结导通就是有效电平了，在PN结不至于烧毁的前提下，它具有【箝位】作用，所以前面输出的3V电平，经电阻限流后，PN结将电平箝位到0.6V（导通状态下）。

Answer 3

假定三极管为NPN,发射极接地,有两种情况:

1. 输出端直接与基极相连,由于单片机端的输出内阻比较大,几百欧以上,端口电压被下拉到基极与发射极这间的PN结电压降大小,硅管多数在0.6V-0.&7V左右(不是0.4V左右),流入基极的电流大小由端口的内阻决定.假如端口内阻非常小,(对单片机来说是不可能很小的)电流会烧坏三极管或输出端口.

2. 输出端通过一只电阻基极相连,如果这只电阻阻值比端口内阻大很多,那大部分电压将加到这只电阻上,基极到地电压还是0.6V-0.&7V左右,如果电阻很小压降也很小,问题就类似1了.

通过某局部电路分析获得A某点对地的电压为5v，但是当我们把其他需要5v输入的电路接到A点时，由于其他的电路还有负载，A点的电压必然发生改变，不是5v，那么原来分析的局部电路为5v有什么意义呢？

如果A某点是电源的输出端,因为电源阻本身都比较小(比如0.1欧),A某点后来接入的支路电阻远大于0.1欧(比如100欧),A某点的电压下降会非常小,通常可以忽略不计,认为该点仍为5V.如果A某点到电源的内阻很大,那就必须计算其电阻上压降引发的电压变化.

Answer 4

1、首先明确单片机输出端内部具有上拉电阻。其次，不是三极管的基极电阻很小，而是（一般用硅NPN）基射极之间PN结固有压降很小。如果不接限流电阻，输出高电平时，基极电流由端口上拉电阻决定。会不会烧三极管，就看它电流承受能力了。另外：
（1）即使没有限流电阻，也不能说“输出引脚对地的电压也只有0.4v，变成了低电平？”假如这时候三极管没有烧毁而是饱和导通了，我们还应该说基极是高电平。因为基极电压完成了“高电平”的使命，只是绝对电压低而已。当然也不能说这样使用就是多么合理的事。
（2）也不能说“没接电阻，就是就是给引脚输入一个低电平。”因为这个所谓的“低电平（准确称低电压）”是被负载（PN结）给拉低了，而不是由PN结提供出来的。
2、关于“某局部电路分析获得A点对地电压为5v”。不知道你是在数字电路里说这个问题还是在模拟电路中。
（1）如果说还是讲数字电路，那么强调这个5V没什么意义。还是刚才那个观点，工程中，一个点上电平（逻辑电平）是高还是低，关键看它起到的是高还是低电平的作用。
（2）如果指模拟电路，可以举个例子看。比如在偏置电压设计中，一般会在上或下电阻再串一个电位器，它的存在一可以弥补元件参数系列值不能满足设计要求的不足，二能对元件参数的离散性作修正，三就是与你提到的有关，修正负载（接在此点的其他电路）对阻抗的影响。这样“原来分析的局部电路应该为5v”还是有意义的吧。

Answer 5

第一个问题各位专家都说了.偶一外行,只知道这里加电阻,具体为什么没仔细想过,呵呵.......
第二个问题偶觉得这本身并不是一个问题.
不是电路学里老是提到"输入阻抗高,输出阻抗低"吗.
在实际电路中,不是也有电压跟随器之类的东东吗.
楼主的某局部电路A点为5V,现在后续电路连了进来.只要"局部电路"的输出阻抗足够低,而"后续电路"的输入阻抗足够高,那么这个A点的5V不就几乎全加在"后续电路"上了.....
在实际电路中用运放搭个电压跟随器,在"局部电路"和"后续电路"之间安装一个电压跟随器的环节即可.

Answer 6

电平转换有专门的集成电路块,三极管只能放大电流信号.
想通过一二个三极管转换没那么简单.