上述兩期三極管參數的介紹是設計三極管相關電路的基礎,需要耐心消化一下。三極管的用途不過兩種:一是放大器,二是開關。放大器利用三極管工作在放大區的特性,而開關利用的則用三極管工作在飽和區和截止區的特性。
關鍵詞:開關;
01三極管開關的斷開和閉合
開關,無非有兩種狀態——斷開和閉合,斷開時,沒有電流通過;閉合時,有電流通過。如圖1-1所示就是三極管開關的這兩種狀態,圖中三極管基極-發射極極間沒有獲得正向偏置而截止,此時,理論上三極管的集電極-發射極間相當于斷開,沒有電流通過,基極電流Ib為0,集電極電流Ic負載Rc不工作。
圖1-1 三極管的斷開狀態(三極管截止)
圖1-2中,三極管的基極-發射極在+Vbb作用下獲得正向偏置,基極Ib足夠大的話就可以令三極管工作于飽和區,集電極電流達到飽和值,此時,理論上三極管的集電極-發射極間相當于短路,于是電流經過負載Rc,負載Rc工作,現實中,飽和狀態下的三極管集電極-發射極間存在一個非常小的電壓。
圖 1-2 三極管的閉合狀態(三極管飽和)
02三極管開關中一些簡單的計算
由于負載電阻、三極管參數等不同,為了能在不同條件下都順利設計并使用三極管開關,需要進行一些簡單的計算。
當三極管開關斷開時(截止狀態),很簡單,那么就沒有電流流過三極管,所以Vce和Vcc相等,即:
式(1.1)中下標Cutoff表示截止的意思,此時三極管集電極電壓就是電源電壓,集電極電路Ic=0。
當三極管開關閉合時(飽和),經過負載Rc的電流Ic達到飽和值Ic(sat),根據歐姆定律,經過負載Rc的電流等于其兩端電壓除以電阻,于是有:
其中,Ic(sat)的下標“sat”表示飽和的意思,Ic(sat)是電路中三極管集電極C極電流Ic所能達到的最大值,此時集電極電流Ic=Ic(sat),Vce=Vce(sat)
將截止狀態和飽和狀態在坐標中表示出來,就是三極管的負載線,如圖1-3所示。
圖1-3 三極管DC負載線
根據上述只要知道了Vcc、Vce(sat)、Rc數值就可以把Ic(sat)計算出來。
03三極管開關的實例計算
根據圖1-4所示電路求解:
1、當三極管開關斷開時(截止),如果Vin=0V,Vce=?;
2、如果想讓三極管開關完全閉合(飽和),則基極電流Ib至少為多大?
3、如果Vin=5V,基極電阻Rb最大值為多少?
圖1-4 三極管的開關參數
(1)當三極管開關斷開時,根據上述式(1.1),可知:
(2)根據式(1.2),可得(其中一般Vce(sat)=0.2V)
在飽和區,三極管直流增益hfe要“打折”,假設hfe為50,可以求得基極最小電流為:
此時基極電流Ib已經令三極管達到飽和的狀態,Ic=Ic(sat),如果繼續提高Ib會讓三極管進入深度飽和狀態,集電極電流Ic不會再增加了。
(3)三極管飽和時,其基極-發射極間電壓Vbe=0.7V,于是根據歐姆定律可得:
以上的結果說明,當Vcc=10V、Vin=5V、Rb=22kΩ時,三極管開關閉合,并能向負載Rc提供約9.8mA的電流;如果Vin=0,則三極管開關斷開。
但是學習三極管就是為了將其應用,這些理論計算實在過于枯燥,下一期介紹怎么設置一個三極管開關!!
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