本来前几天就准备写一篇关于三极管开关电路的文章了,自己也认为比较简单,不是什么大问题。开关电路大家肯定经常用到,无非是像下图这样。
但是写的时候,截止状态倒是很好判断,饱和状态却不是直接能看出来的,所以就拖到了今天。关于三极管开关电路有以下几个问题:
1.三极管饱和与截止判断条件是什么?
2.什么是发射结、集电结的正偏与反偏?
3.什么是临界饱和与深度饱和?
4. 进入临界饱和与深度饱和的条件?
5.三极管开关电路基极、集电极电阻的选取?
6.三极管的开关速度受什么影响?
7.三极管会受温度影响吗?
8. 有哪些常用的三极管?
1. 三极管饱和与截止判断条件是什么?
饱和--发射结正偏,集电结正偏;
截止--发射结反偏,集电结反偏;
2. 什么是发射结、集电结的正偏与反偏?
如上图所示,NPN三极管内部有2个PN结,分别为发射结和集电结。
集电结正偏:集电极电压低于基极时,集电极与基极PN结正向,Uce
集电结反偏:集电极电压高于基极时,集电极与基极PN结反向,Uce>Ube;
发射结正偏:发射极电压低于基极时,集电极与基极PN结正向,Ube=0.7V;
发射结反偏:发射极电压高于基极时,集电极与基极PN结反向,Ube<0.7V;
3. 什么是临界饱和与深度饱和?
临界饱和是三极管从放大状态过渡到饱和状态的临界点;
深度饱和没有具体的定义,基极电流要足够大,网上看到大于2倍临界饱和Ib。
4. 进入临界饱和与深度饱和的条件?
从上图可知,Uce=VCC-Ic*Rc;
当Uce=0时,Icmax=VCC/Rc,此时临界基极电流Ib=Ic/β=VCC/βRc。
饱和状态需通过Ib来判断:
当Ib=VCC/βRc时,三极管基本处于临界饱和状态。
当Ib>2VCC/βRc时,三极管基本进入深度饱和状态。
5.三极管开关电路基极、集电极电阻的选取?
以LMBT3904LT1G为例,首先确定R6,根据后级所需最小电流确定R6最大值,然后根据Ic承受最大集电极电流确定R6最小值。正常情况下,R6的选值范围一般在1K~10K左右,对应的驱动电流范围为3.3mA~330uA,本文选R6=10kΩ。
临界饱和时,VCC=3.3V,Ic=0.33mA,如上图所示,假设β=70,Ib=VCC/βRc=Ic/β=0.33/70=4.7uA,因此只要Ib大于4.7uA即可。Rb<(3.3-0.7V)/4.7uA=553kΩ,本例中Rb=R3 = 10K,Ib = (3.3-0.7)/10K = 0.26mA>4.7uA.
6.三极管的开关速度受什么影响?
以LMBT3904LT1G为例,下图为开关测试电路。
从下图的测试曲线可以看出:
当Ic/Ib=10时,Ic从1mA增加100mA时,上升和下降时间都在减小,因此上拉电阻Rc减小,开关的上升/下降时间也随之较小。
当Ic不变的时候,Ic/Ib=10比Ic/Ib=20的下降时间小,因此串联电阻Rb减小,开关的下降时间较小。
7. 三极管会受温度影响吗?
对于温度参数,比较典型的就是三极管的导通电压Ube,Ube会随着环境温度的升高而降低,硅三极管的Ube室温下约为0.7V。资料显示,硅三极管发射结正向压降的变化量是每增加1℃,Ube就降低2.5mV。我经常看到下面这个电路,并联一个二极管来降低三极管的受温度的影响,当Vbe下降或上升时,二极管VD1会有同样的温度特性,这样基级偏置电流Ib变化就很小了。
8. 有哪些常用的三极管?
LMBT3904LT1G/LMBT3906LT1G,L9012PLT1G/L9013QLT1G,PMBT3906,215/PMBT3904,215,MMBT3904/MMBT3906,BC817-40,215/BC807-40,215,S8050/S8550、MMBT4401LT1G/MMBT4403LT1G、BC846/BC856、MUN2213T1G、MMBT5551LT1G.
审核编辑:刘清