本文主要是介绍基本元器件 - 晶体三级管,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
目录
区分极性
不同封装引脚辨认
基本电流关系
输出伏安特性
阻容耦合放大电路
晶体管的工作状态
三极管的主要参数
判断三极管的工作状态
估算法
图解法
基本放大电路
晶体三极管是一种 电流控电流 的元器件。
区分极性
除基极外,带箭头是发射极,不带则是集电极。箭头朝外是 NPN,指向里面是 PNP.
不同封装引脚辨认
基本电流关系
三极管电流方向依托于发射级电流方向。
- NPN:发射级流出,所以基极和集电极都是流入。
- PNP:发射级流入,所以基极和集电极都是流出。
规律:
- 满足基尔霍夫电流定律 iB+iC=iE
- 处于放大状态下,集电极电流只受控于基极电流(iC=βiB),与集电极发射极间的电压无关。
- 基极与发射极导通时,分压值 UBE 约为 0.7V
所以三极管就是一个受控电流源,由小电流 iB 去控大电流 iC,取决于晶体管恒定的放大倍数 β。
所以,iE=(1+β)iB=1+ββ·iC
输出伏安特性
如图,三极管的输出伏安特性分以下几个区域:
- 放大区:在此区域内,晶体管的 iC 几乎不随 uCE 变化,近似满足 iC=βiB。
- 饱和区:在此区域内,晶体管的 iC 随着 uCE 增大而增大。一般认为当 uCE 小于饱和压降 UCES(一般为 0.3 V)时,晶体管工作在饱和区。
- 截止区:即 IB=0 的那根曲线。但此时 iC 并不为 0,因为存在与 uCE 相关的漏电流。截止区代表晶体管处于几乎没有任何电流进出的状态,近似于完全关闭。
如果我们想用数学公式描述伏安特性,那么需要将曲线简化一下:
简化后,可以这么认为:
- 放大区:满足 iC=βiB,与 uCE 无关。
- 饱和区:iC 随着 uCE 增大而增大,近似为线性。
- UCES 垂直线:饱和区与放大区的分界线。
阻容耦合放大电路
晶体管的工作状态
- 截止状态
- 指基极未产生明显电流(IBQ 非常小导致 ICQ 也很小),集电极与发射极之间相当于开路。
- IBQ=0,ICQ=0,IEQ=IBQ+ICQ=0。发射结零偏 / 反偏、集电结反偏。
- 放大状态
- 指晶体管处于 IBQ 合适,且满足 ICQ=βIBQ,IEQ=(1+β)IBQ,IBQ=VCC−UBERB
- 发射结正偏、集电结反偏。
- 这是模电最常用的状态。
- 饱和状态
- ICQ<βIBQ,但还是随 UCEQ 变化。IBQ 和 ICQ 都很大,ICQ 已经不完全受 IBQ 控制,且 UCEQ 所占的电压很小。
- 只要 UCEQ<UCES,就进入饱和状态。此时,再增加 IBQ,ICQ 也几乎不再增加。
- 发射结正偏、集电结正偏。
- 在模电中应该避免进入饱和状态,而在数电中则期望进入饱和或截至状态。
- 倒置状态
- 集电极和发射极接反了。虽然也不是不能用,但是会造成 β 下降严重。
- 饱和状态就好比水龙头打开了,但水箱里没水,此时就是有多少水来多少水。
- 发射结反偏,集电结正偏。
判断工作状态有三种方法,分别是估算法、函数求解法、图解法。估算法的核心是假设 UBEQ 约等于 0.7 V,但有误差(电压越大误差越小);函数求解法必须知道输入、输出伏安特性的数学表达式,通过方程求解,一般不会用到;图解法的核心是用伏安特性图和另一直线的交点,求解静态工作点的位置,然后目测结果。
三极管的主要参数
- 电流放大系数 β:一般为 10-100 倍,但在应用中取 30-80 倍为宜(太小放大不明显,太大工作不稳定)。
- 集电极最大允许电流 ICM:超过可能导致烧坏。
- 集电极最大允许功耗 PCM
- 集电极发射极间反向击穿电压 VCEO
判断三极管的工作状态
估算法
其中的 估算静态工作点
,即用简单的方法大致估算出晶体管电路的静态(各支路电流、各节点电位),核心就是假设 UBEQ 约等于 0.7 V(一般要算出 ICQ 和 UCEQ),具体步骤如下:
- 根据 UBEQ=0.7V,算出 IBQ
- 假设处于放大状态,即 ICQ=βIBQ,求解出 UCEQ
- 此时如果 UCEQ>=0.3V,则假设成立,晶体管处于放大状态,ICQ 与 UCEQ 为所求。
- 如果 UCEQ<0.3V,则假设不成立,晶体管处于饱和状态。
图解法
图解法的核心,是用伏安特性图和另一直线的交点,求解静态工作点的位置,然后目测结果。
基本放大电路
如图,各部分的作用:
- C1/C2:隔直通交。排除 UCC 的影响。取值几微法到几十微法。
- UCC:为电路功能;提供合适的静态工作点。
- RB:提供合适的 IB,取值一般为几十欧到几百千欧。
- RC:取值几千欧到几十千欧。
分析:
- 总基极电压 UBE=UBEQ+ui
- 总基极电流 iB=IBQ+ib
- 总集电极电流 iC=ICQ+ic
- 总的 uCE=VCC−iCRC=VCC−(ICQ+ic)R=UCEQ+(−iCRC)
此电路的不足:虽结构简单,但静态工作点不稳定,受各元器件影响大。
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