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NPN三极管&恒流源放电电路

该内容转载自电子科技ROOM

晶体管主要分三极管和场效应管,场效应管的应用常见于电源电路中,三极管则应用于很多信号放大场合,对三极管的学习更具有普遍性。

三级管分NPN型晶体管和PNP型晶体管,实际上,当能够掌握NPN型晶体管的特性后,PNP型晶体管的特性也能够基本了解了。

NPN晶体管的电路模型如下:

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三个引脚分别代表三极管的基(BASE)极,发射(EMITTER)极和集电(COLLECTOR)极,简要等效模型如下:

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BE之间相当于二极管,CE之间相当于可调电阻,电阻调节范围可从几Ω到无穷大,也即CE之间可相当于类似短路或者断路状态。

想要分析三极管电路,首先要清楚三极管的特征方程:

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以上三极管特征方程无论是NPN管还是PNP管都符合,对于NPN管,电流流向如下:

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等效图中流向为:

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ib从B极流向E极,ic从C极流向E极,β是三极管的放大倍数,数值在几十到几百之间,受工艺影响比较大。

然而,三极管的特征方程并非一直满足,三极管满足特征方程时,三极管所处状态称为三极管的放大区,而当三极管处于饱和区和截止区时,三极管的分析无法使用特征方程进行分析,对于三极管的饱和区和截止区,采用等效模型可以如下定义:

·如果

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降到最小值,都实现不了

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,则称为“饱和”;

·如果

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增到最大值(开路),都实现不了

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,则称为“截止”。

采用恒流源放电电路对三极管进行初步认识。

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如图所示为V2电源的恒流源放电电路,VBE一般定为0.7V,计算I1大小:

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由计算可得,C极一直有1mA电流流动,且不随V2的变化而变化,从而形成恒流放电电路。

由以上分析得出,C极电流的流动不随V2的影响,但是假设当V2=1V时,显然V2<VE,电流无法从C极流向E极,因此恒流源放电电路的前提是三极管处于放大区,也即:

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实际满足条件为:

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一般情况下,β>>1,故都采用

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从恒流源放电电路出发,简要说明求解三极管电路的步骤:

先假定三极管处于放大区,计算出各极电压电流;根据计算结果,反推的取值是否合理,从而判断第一步的假设是否合理。

根据恒流源放电电路的参数计算,V2=15V时,

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根据计算,Uce显然为合理值,Rce=10.7kΩ可理解为三极管只需要把Rce调整为10.7kΩ,即可使V2的放电维持1mA,等效图如下:

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当V2=3V时,电路如下:

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假设三极管仍处于放大区,I1=1mA,此时Uce=3-4.3=-1.3V,显然,这是不合理的。

V2=3V时,可以看出,Rce减小到0,也无法使

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成立,因此此时三极管处于饱和区,而非放大区,此时三极管的特性应满足饱和区的特性,而非放大区的特性。

事实上,作为半导体器件,三极管CE的电阻无法降到0Ω,所以,一般Uce电压只能降到约0.2V,称之为饱和管压降。

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三极管小结:

·三极管是否处于放大区,性质截然不同;

·三极管电路计算一般先假设三极管处于放大区,再反推Uce确认是否合理;

·三极管β值一般认为在100数量级,但不会去计较具体是多少,如果一个电路非得β=100才能工作,那就是失败的设计,因为没法找到这么精准合适的三极管;

·实际三极管造出来后会筛选一遍放大倍数,后缀名会体现放大倍数的大体档位;

·三极管并不知道自己在电路中是干什么的,它只是尽力使自己满足

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的性质,电路整体表现出来的特性是人设计并取名的结果。

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