三極管用作開關(guān)管的實例計算(一)

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)!!