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三極管工作時的截止、飽和兩個狀態(tài)

2022年10月31日 14:25 巧學模電數(shù)電單片機 作者:巧學模電數(shù)電單片 用戶評論(0

在復雜多變的模擬電路中,少不了學習三極管,過往的血淚史,不想再提,什么正偏反偏都給我統(tǒng)統(tǒng)滾蛋!今天來點實際的。

三極管有三個工作狀態(tài):截止、放大、飽和,放大狀態(tài)很有學問也很復雜,多用于集成芯片,比如運放,現(xiàn)在不討論。

其實,對信號的放大,我們通常用運放處理,三極管更多的是當做一個開關(guān)管來使用,且只有截止、飽和兩個狀態(tài)。

截止狀態(tài)看作是關(guān),飽和狀態(tài)看作是開。

Ib≥1mA時,完全可以保證三極管工作在飽和狀態(tài),對于小功率的三極管此時Ic為幾十到幾百mA,驅(qū)動繼電器、蜂鳴器等功率器件綽綽有余。

把三極管箭頭理解成一個開關(guān),如圖1為NPN型三極管,按下開關(guān)S1,約1mA的Ib流過箭頭,三極管工作在飽和狀態(tài),c極到e極完全導通,c極電平接近0V(GND),負載RL兩端壓降接近5V。

Ib與Ic電流都流入e極,根據(jù)電流方向,e極為低電平,應接地,c極接負載和電源

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圖1:NPN三極管

如圖2為PNP型三極管,按下開關(guān)S2,約1mA的Ib流過箭頭,三極管工作在飽和狀態(tài),e極到c極完全導通,c極電平接近5V,負載RL兩端壓降接近5V。

Ib與Ic電流都流出e極,根據(jù)電流方向,e極為高電平,應接電源,c極接負載和地。

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圖2:PNP三極管

如圖3,對于NPN三極管,更應該在b極加一個下拉電阻,一是為了保證b、e極間電容加速放電,加快三極管截止;二是為了保證給三極管b極一個已知邏輯狀態(tài),防止控制輸入端懸空或高阻態(tài)時對三極管工作狀態(tài)的不確定。

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圖3:NPN三極管加下拉電阻

如圖4,對于PNP三極管,更應該在b極加一個上拉電阻,原理同上。

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圖4:PNP三極管加上拉電阻

如圖5,對于感性負載,必須在負載兩端并聯(lián)一個反向續(xù)流二極管,因為三極管在關(guān)斷時,線圈會自感產(chǎn)生很高的反向電動勢,而續(xù)流二極管提供的續(xù)流通路,同時鉗位反向電動勢,防止擊穿三極管。

續(xù)流二極管的選型必須是快恢復二極管或肖特基二極管,兩者響應速度快。

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圖5:NPN三極管驅(qū)動蜂鳴器

如圖6,對于某些控制信號為低電平時,可能并不是真正的0V,一般在1V以內(nèi),為保證三極管完全截止,不得不在三極管b極加一個反向穩(wěn)壓管或正向二極管,以提高三極管導通的閾值電壓

根據(jù)個人經(jīng)驗,推挽輸出的數(shù)字信號不用加,OC輸出、二極管輸出以及延時控制有必要加,通常穩(wěn)壓管正常的工作電流≥1mA。

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圖6:NPN三極管驅(qū)動繼電器

如圖7,為三極管延時導通,快速關(guān)斷的一個仿真電路,D1、R2、C1、D2構(gòu)成延時導通Q2的回路,C1的電壓為12V的時候Q2導通,R3、Q1、R4、R1構(gòu)成快速關(guān)斷Q2的回路,C1通過R3和Q1快速放電。

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圖7:用三極管實現(xiàn)繼電器的延時控制

要點:

對于NPN三極管,在不考慮三極管的情況下,b極電阻與下拉電阻的分壓必須大于0.7V,PNP同理。

b極電流必須≥1mA可保證三極管處于飽和狀態(tài),此時Ic滿足三極管最大的驅(qū)動能力。

另外,對于三極管的放大倍數(shù)β,指的是輸出電流的驅(qū)動能力放大了β,比如100倍,并不是把輸出電流真正的放大了100倍,切記!  

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