上述兩期三極管參數(shù)的介紹是設(shè)計三極管相關(guān)電路的基礎(chǔ),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(guān)。放大器利用三極管工作在放大區(qū)的特性,而開關(guān)利用的則用三極管工作在飽和區(qū)和截止區(qū)的特性。
關(guān)鍵詞:開關(guān);
01三極管開關(guān)的斷開和閉合
開關(guān),無非有兩種狀態(tài)——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(guān)的這兩種狀態(tài),圖中三極管基極-發(fā)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(fā)射極間相當(dāng)于斷開,沒有電流通過,基極電流Ib為0,集電極電流Ic負(fù)載Rc不工作。
圖1-1 三極管的斷開狀態(tài)(三極管截止)
圖1-2中,三極管的基極-發(fā)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(qū),集電極電流達(dá)到飽和值,此時,理論上三極管的集電極-發(fā)射極間相當(dāng)于短路,于是電流經(jīng)過負(fù)載Rc,負(fù)載Rc工作,現(xiàn)實中,飽和狀態(tài)下的三極管集電極-發(fā)射極間存在一個非常小的電壓。
圖 1-2 三極管的閉合狀態(tài)(三極管飽和)
02三極管開關(guān)中一些簡單的計算
由于負(fù)載電阻、三極管參數(shù)等不同,為了能在不同條件下都順利設(shè)計并使用三極管開關(guān),需要進(jìn)行一些簡單的計算。
當(dāng)三極管開關(guān)斷開時(截止?fàn)顟B(tài)),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(biāo)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(dāng)三極管開關(guān)閉合時(飽和),經(jīng)過負(fù)載Rc的電流Ic達(dá)到飽和值Ic(sat),根據(jù)歐姆定律,經(jīng)過負(fù)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(biāo)“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(dá)到的最大值,此時集電極電流Ic=Ic(sat),Vce=Vce(sat)
將截止?fàn)顟B(tài)和飽和狀態(tài)在坐標(biāo)中表示出來,就是三極管的負(fù)載線,如圖1-3所示。
圖1-3 三極管DC負(fù)載線
根據(jù)上述只要知道了Vcc、Vce(sat)、Rc數(shù)值就可以把Ic(sat)計算出來。
03三極管開關(guān)的實例計算
根據(jù)圖1-4所示電路求解:
1、當(dāng)三極管開關(guān)斷開時(截止),如果Vin=0V,Vce=?;
2、如果想讓三極管開關(guān)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(guān)參數(shù)
(1)當(dāng)三極管開關(guān)斷開時,根據(jù)上述式(1.1),可知:
(2)根據(jù)式(1.2),可得(其中一般Vce(sat)=0.2V)
在飽和區(qū),三極管直流增益hfe要“打折”,假設(shè)hfe為50,可以求得基極最小電流為:
此時基極電流Ib已經(jīng)令三極管達(dá)到飽和的狀態(tài),Ic=Ic(sat),如果繼續(xù)提高Ib會讓三極管進(jìn)入深度飽和狀態(tài),集電極電流Ic不會再增加了。
(3)三極管飽和時,其基極-發(fā)射極間電壓Vbe=0.7V,于是根據(jù)歐姆定律可得:
以上的結(jié)果說明,當(dāng)Vcc=10V、Vin=5V、Rb=22kΩ時,三極管開關(guān)閉合,并能向負(fù)載Rc提供約9.8mA的電流;如果Vin=0,則三極管開關(guān)斷開。
但是學(xué)習(xí)三極管就是為了將其應(yīng)用,這些理論計算實在過于枯燥,下一期介紹怎么設(shè)置一個三極管開關(guān)!!
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