因有很多文章介紹了三極管工作原理,這邊就不再描述。本文主要通過實戰,說明如何設計三極管電路處于線性放大狀態或開關狀態(即飽和導通和截止狀態)并通過multisim實例仿真,驗證理論分析。
三極管原理簡述:
從基極B流至發射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個電流的方向都是流出發射極的。三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控制(假設電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話),并且基極電流很小的變化,會引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關系:集電極電流的變化量是基極電流變 化量的β倍,即電流變化被放大了β倍,所以我們把β叫做三極管的放大倍數(β一般遠大于1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發射極之間,這就會引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大后,導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的,那么根據電壓計算公式 U=R*I 可以算得,這電阻上電壓就會發生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來,就得到了放大后的電壓信號了。
三極管常用封裝及引腳圖:
實例:設計電路讓三極管處于放大和開關狀態
假設基級輸入為常見的單片機3.3V的電源系統,集電極為輸出的5V系統
當基級輸入電阻選1k時,基級電流為Ib=(3.3-0.7)/100=26uA,而2N2712的B值為204,所以IC=Ib*B=5.3mA,
為滿足三極管處于飽和導通條件則集電極電阻RC=5V/5.3=943歐
即當RC小于943歐時,三極管處于線性放大狀態,當RC大于943歐時,三極管處于飽和導通狀態。
如下圖所示,一個處于放大狀態,一個處于開關狀態
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問:如何判斷三極管是處于放大狀態還是開關狀態?
答:最通俗的解法,看IC是否等于βIb,當IC>=βIb時,這就處于放大狀態,當IC<βIb時,處于開關狀態。
問:三級管沒有加偏置時,還能正常工作嗎?
答:當然可以,偏置只是為了讓放大不失真,提前給三極管PN結提供電壓,當不提供時,只要輸入大于BE pn結導通條件,照樣可以正常工作,只是輸出波形肯定失真
問:三級管輸入必須是小信號嗎?
答:不是,輸入小信號是課本上的知識。實際中如果設計是開關狀態,那輸入就是數字信號,如果設計是放大狀態,那么輸入一般是模擬信號,當是放大狀態時,一般是有加偏置電壓,防止輸出波形失真,輸入信號大小和放大倍數以及輸出集電極電阻和電源有關系,并沒有明確的規定。
問:為什么輸入很小的變化,都會導致輸出極大的變化,本質是什么?
答:本質就是三極管的PN結特性,BE之間是一個二極管,二極管的電壓0.7,I/V曲線是一個指數型的,0.7V變化一點 都會引起電機急劇變化。