工作原理

1.1 原理總結(jié)

首先說明下，之前學(xué)校的教材講得很精辟，非常好，但實(shí)際應(yīng)用中，如果再從這種很理論的基礎(chǔ)去分析，多數(shù)載流子怎么流，少數(shù)載流子怎么流，讓人很頭痛！拋開上學(xué)教程材對(duì)三極管原理的分析，我們把它當(dāng)成公理，直接拿出來用，總結(jié)如下：

1）三極管有三個(gè)極，發(fā)射極、基極、集電極，分別對(duì)應(yīng)三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集區(qū)。

三個(gè)區(qū)的功能：

發(fā)射區(qū)發(fā)射電子

集區(qū)收集發(fā)射區(qū)的電子

基區(qū)控制發(fā)射區(qū)發(fā)送到集區(qū)的電子的多少

因此，三極管是電流控制電流器件，即，通過基極電流控制集極的電流。

2）三極管有兩二個(gè)PN結(jié)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，這兩個(gè)PN結(jié)的不同偏向狀態(tài)，致使三極有四種不同工作模式：

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏: 飽和狀態(tài)

發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏：截止?fàn)顟B(tài)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏：放大狀態(tài)

發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏：倒置狀態(tài)

說明：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏: 飽和 （基電極電壓不能高于集極電壓，電流會(huì)從基極流向集極）

是不是不好記？

正正，飽和

反反，截止

正反，放大（發(fā)射正偏，集電結(jié)反偏）

第四種就不管了，因?yàn)楹苌儆玫剑绻枰私獾模竺嬖賹ｉT對(duì)倒置進(jìn)行說明下。

放大狀態(tài)時(shí)，電流之前的關(guān)系：

2）Ic=β*Ib，特別說明，這個(gè)β值，不是個(gè)固定的值！

設(shè)計(jì)案例

1.2 設(shè)計(jì)案例

以上是對(duì)教材里的總結(jié)，那么實(shí)際應(yīng)用中，怎么理解呢？比如要設(shè)計(jì)一個(gè)電路LED驅(qū)動(dòng)電路，LED點(diǎn)亮?xí)r，需要讓三極管處于飽和狀態(tài)，LED關(guān)閉時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，如何設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)呢？

圖（1）

要分析原理，得了解下主要元件的規(guī)格參數(shù)。

1.2.1主要元件參數(shù)：

三極管型號(hào)：2N3904:主要參數(shù)有β，即hfe,從規(guī)格書中可以看出，這個(gè)值在VCE=1時(shí)，隨IC的值不同而不同。

LED型號(hào)為：NCD0603R2，主要參數(shù)截圖如下：

主要參數(shù)有，IF的極限值，VF的典型值，IF的最小電流（從伏安特性曲線中得到）

先說說各元件的作用：

R1是基極的限流電阻，在實(shí)際應(yīng)用中左側(cè)的3V電源是MCU來驅(qū)動(dòng)的，為保證三極管基極有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，R3下的拉到GND,保證基極在MCU的IO口無驅(qū)動(dòng)時(shí)，基極有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。R2為限流電阻。

那么怎么知道LED點(diǎn)燈時(shí)，三極管就處于飽和狀態(tài)呢？普通的0603的紅色LED,點(diǎn)亮電流只需要大于2mA（方便計(jì)算）,電壓大于2V就可以了，

再對(duì)各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

先確定IC,

要保證LED燈點(diǎn)亮，IC要大于1.5Ma,為方便計(jì)算，取2Ma,LED導(dǎo)通電壓取2V,三極飽和導(dǎo)通時(shí)，VCE為0.3V,當(dāng)R3的電阻確定，則IC的飽和電流是直接可以算出來了：

IC(sat)=(5-2-0.3)V/100R=0.027A=27mA

顯然27mA超過了規(guī)格書極限參數(shù)了，那么R3需要加大，改為150R

IC(sat)=(5-2-0.3)V/15R=0.018A=18mA

再確定IB

當(dāng)IC<β*Ib時(shí)，三極管就進(jìn)入飽和狀態(tài)了，β對(duì)應(yīng)規(guī)格書中的hfe,從規(guī)格書中可以看出這個(gè)放大倍數(shù)β是個(gè)變的值，是不是顛覆了大家對(duì)這個(gè)β的認(rèn)識(shí)，至于為什么是變的，得出分析三極管的特性曲線，這里也不多說明！

臨界時(shí)，當(dāng)IC＝18mA,對(duì)應(yīng)hef,從曲線圖中得出，大概是190

Ib=IC/190=0.0947Ma=94.7mA

R1=（3－0.7）/94.7=24.28K

也就是說電阻R1小于這個(gè)阻值就可以了！

仿真圖：

實(shí)際仿真時(shí)，發(fā)現(xiàn)R1要小于8K才能飽和，可能是Multisim中的2N3904的參數(shù)與網(wǎng)上找的2N3904不一樣，網(wǎng)上2N3904的型號(hào)有很多！

所以基極電阻一般選用一個(gè)1K的肯定能滿足要求了，仿真如下圖：

當(dāng)三極管作電平轉(zhuǎn)換時(shí)，如果基極電壓高于集電壓，如下圖（截起友方N58的電平轉(zhuǎn)換電路，其實(shí)是有問題的），出現(xiàn)三極管倒置情況。使用時(shí)要避免此種情況。

總結(jié)：

三極管電路設(shè)計(jì)步驟：

1. 根據(jù)實(shí)際需求確認(rèn)三極管的工作狀態(tài)（實(shí)際應(yīng)用99%當(dāng)開關(guān)用，或間接作開關(guān)用）
2. 確定集電極電流IC，以便確定集電極的限流電阻等其它參數(shù)
3. 假定三極管處于飽和和放大的臨界狀態(tài)，此時(shí)VCE=0.3V ,計(jì)算出IC
4. 根據(jù)電流IC,查找對(duì)應(yīng)的hfe
5. 計(jì)算IB，通過IB計(jì)算基極限流電限的最大值
6. 為方便起見，基極電阻選計(jì)算值的1/3。