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三极管分析与功能电路设计之 从工程角度出发去理解三极管

发布日期:2021-01-29 04:02   来源:未知   阅读:

  三极管是一种控制电路电流的控制器件,把微弱信号放大为幅度较大信号,或者作为无触点开关用途。

  首先,我们来了解下什么是三极管。三极管实际是PN结构成。通过图 2,我们能够观察到,它的内部是两个PN结。关于它的电路特性,在这里我就不详细讲解,我这里主要是从工程角度出发,去理解这么个三极管。

  像图2(a)所示的三极管,箭头从E极指向B极的,称之为P管,即P型的晶体管。我们再来看图2(b)所示的这个三极管,箭头是从B极指向E极的,箭头从里往外,我们称这个为N管,即N型晶体管。无论是P型还是N型的,都是差不多的。这里,主要讲讲N型三极管的。N型的三极管的图形符号如图3所示。

  三极管有三根引脚:B是代表基极的、E是代表发射极的、C是代表集电极的。在正常一个电路中,我们一般情况下都是把E极接地的,B极接一个控制信号,C极接个负载,这个时候三极管作为开关状态下使用的。我们现在来看三极管是怎么工作的。

  下面,我们研究下三极管的特性。三极管是一个流控流型的晶体管。顾名思义,电流控制电流的。当BE之间流过一个电流的,如果C上是接电源的,那么CE之间也会流过一个电流的。我们把BE之间流过的电流称之为Ib,为基极电流,在C极(集电极)处,CE之间的电流称之为Ic。也就是说,Ib有电流的时候,IC也是有电流的;IC没有电流,IC也是没有电流的。也就是用Ib的电流来控制Ic的电流,这是三极管的第一个特性——流控流型。

  第二个特性,三极管具有放大功能。比如Ib上流过1mA的电流,那么在Ic流过的电流的大小是成倍于Ib上的电流放大,而且放大倍数是90~100倍,即Ic=100Ib。这是由三极管自身的特性所决定的。

  第三个特性,当E极接地,如果Ib足够大,那么Ic就更加的大,这就预示着Rce之间的电阻就更加的小。因为电流越大,电阻就越小。小到我们近似的认为CE之间是短路的。Ib电流大到什么时候,我们认为CE之间的电流是短路的呢?我们一般认为是Ib为1mA的时候。就是说,当Ib 》=1mA的时候,Rce≈0,Vce≈0.3V。接下来,还有一个特征。

  第四个特性,当Ib 》= 1mA,Vbe = 0.7V。这时候,我们认为,这个三极管是完全打开的。它就是起一个开关作用,Ic=100mA,Rce≈0,Vce≈0.3V,Vbe=0.7V。

  第五个特性,要想让三极管完全导通,必须要让Vbe两端加一个大于0.7V的电压,三极管才完全导通。如果Vbe两端的电压小于0.7V,那么三极管就没能完全导通,Ic的电流也就不会最大,Rce上就有电阻,而在Vce上就会产生一个分压。这个分压值就等效为一个电阻,随着Ib的增大,Vce就会越来越小。

  这些是三极管很重要的特性。有了这些特性,我们就能够很好的分析电路,设计电路。

  我们先分析一个简单的线性电源电路中三极管在其中的作用,之后再分析三极管作为开关管、控制管等等的电路;最后根据实际问题,灵活运用三极管的特性解决实际问题。首先掌握分析判断出这部分或这一模块电路实现什么功能,然后学会根据功能应用三极管设计电路。

  【分析】分析电路,关键抓住三大要素:源(电源)、地、回路。如图4所示是一个5V的线性电源。我们来看,由于CB之间是不能够导通的,那么电流从12V的电压流出,流过1.8K的电阻R1,在流过5.6V的稳压管到地形成回路I。那么此时在电阻R1两端的电压差为6.4V,6.4/1.8=3.56mA,大于2mA。我们知道,当稳压管的负端向正端流过一个大于2mA的电流,那么在稳压管的两端就会出现一个稳定的电压,所以,这个稳压管就形成了5.6V的电压。

  稳压管两端产生5.6V的电压,然后通过BE,通过负载R,形成图4所示的回路II。那么就会产生个Ib,Ib上有一个电流,Ic上也流过一个电流。当Ib增到足够大,大于1mA,能够使Vbe的电压大于0.7V,而实际上只要大于0.6V就可以了,这时候,三极管就完全导通。因此,在右上角就会形成一个5V的电压。这个5V电压的形成是由于Vbe上有一个0.6V的压降,5.6-0.6=5V。就形成这么一个5V的电压。完全导通时Rce就近似为0,此时CE短路了,12V就会通过三极管完全过来,那么此时E点的电压不就是12V了?不是5V了。

  当E点为12V时,E点电位就会超过B点的电位,这时候,Vbe之间的电压就小于0.6V,此时三极管就关闭了。Ib就没有电流了,Ic也没有电流流过,这时E点的电压就会开始急剧下降,当下降到5V的时候,Vbe的电压又等于0.6V了,三极管又完全导通了。这时E点的电压就开始往上升,Vbe之间的电压又开始小于0.6V并往逐渐减小,CE之间的阻抗作用越来越大,直到三极管关闭。这样周而复始,最后使E点电压稳定在5V。

  这个电路最终就形成的是一个负反馈的负载电路。也就是说,这个电阻是接在E极上的,它有负反馈作用,通过它上面的电压一会儿增,一会儿降,来控制Ib,也同时控制了Ic,最终让E点电压稳定在5V。