《电子学晶体管思维导图》这篇和前一篇《电子学基础知识思维导图》的描述方法不同,《电子学晶体管思维导图》我们先从详细讲解开始,最后给出思维导图,用以巩固复习。

好了言归正传我们开始介绍三极管的基本知识。

晶体管放大电路原理图讲解书籍(电子学晶体管思维导图详解一)(1)

一、三极管基本知识

三极管有两种形式(NPN和PNP),我们这里不去讲它们的内部结构,PN节等等,我们只需要记住一些结论即可。

首先要明确的是三极管是电流控制器件,即通过基极电流控制集电极-发射极电流

对于NPN三极管有以下电气特性:

1)集电极电位必须高于发射极电位;

2)基极-发射极与基极-集电极的电路特征表现就像二极管一样。如下图

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NPN

3)Ic的公式如下图,hFE是电流增益。

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二、三极管应用

1)开关

通过上述,我们知道三极管可以通过基极电流IB来控制集电极电流IC,这样我们就可以用三极管来作为开关使用。我们来看一下下面一个有意思的分析。

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如上图所示,我们通过三极管来控制一个灯泡的亮灭,该灯泡为5V,0.5W,为了后期的分析,我们在基极串联了一个滑动变阻器用以控制基极的电流。原理很简单了,当基极提供足够的电流,三极管导通,灯泡点亮

仅仅是这样吗?我们看一下实验

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当基极电阻为5k时,基极电流IB=(5-0.6)/5k=880uA,那么我们从上图右侧三极管参数上也看到IB=862.535uA,IC=100IB=86.253mA,Vce=1.21V,那么此时灯泡两端电压为5-1.21=3.79V,并未达到额定的功率。

我们继续加大基极电流(减小基极电阻),会发生什么呢?

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这时,我们看到一个有意思的现象:当IB到1mA后,IC为97mA,之后无论IB继续增加,IC都几乎不变。上述的三极管特性3不满足了!!!这时Vce小于0.2V,近似相等。灯泡功率近似达到额定功率。为什么呢?!

这时因为仅当特性1满足时,特性3才正确。而上面的情况Vce近似相等已不满足特性1,所以不满足特性3。上述的这种结果称为饱和,即集电极的点位尽可能接近它允许的低点位(典型的饱和电压为0.05~0.2)。上图中三极管工作在饱和区。

那么如何来确定三极管工作在饱和状态呢?我们看一下下图

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这是电流中常用的发光二极管驱动电路,我们如何时使三极管工作在饱和状态?

1)确定三极管饱和状态:三极管工作在饱和状态,那么饱和电压Vce为0.2V,上图中发光二极管前向导通电压为 2.1V(此处为仿真模型,实际设计参考数据手册),我们要使Ic=1mA,那么限流电阻为(5-2.1-0.2)/1mA=2.7k,我们选择3k。

2)确定基极电流:根据IC=hFE*IB(假设临界点),IB=IC/100=1mA/100=10uA,那么IB>10uA,基极电阻R<(5-0.6)/10uA=440k,那么这时三极管工作在饱和状态。

上述电路中如果要使Ic在2mA工作饱和状态,IB大于20uA。一般设计中可以粗略的用IC=10IB来设置,即IC在1mA,IB设置100uA,三级管工作在饱和状态。

从上述分析可以看出三级管的饱和态确定的是Vce,三极管工作的饱和态与IC和IB有有关系,三级管在不同的IB和IC都能达到饱和状态,所以不能一味的说IB为多少时三极管工作在饱和态。

最后我们看下图,这时长电科技S9013的特性图,通过上面的分析,这张图的饱和区(图中曲线重叠的部分)我们就很好理解了。

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