因有很多文章介绍了三极管工作原理,这边就不再描述。本文主要通过实战,说明如何设计三极管电路处于线性放大状态或开关状态(即饱和导通和截止状态)并通过multisim实例仿真,验证理论分析。
三极管原理简述:
从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的。三极管的放大作用就是:集电极电流受基极电流的控制(假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍,即电流变化被放大了β倍,所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1,例如几十,几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流Ib的变化,Ib的变化被放大后,导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的,那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得,这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。
三极管常用封装及引脚图:
实例:设计电路让三极管处于放大和开关状态
假设基级输入为常见的单片机3.3V的电源系统,集电极为输出的5V系统
当基级输入电阻选1k时,基级电流为Ib=(3.3-0.7)/100=26uA,而2N2712的B值为204,所以IC=Ib*B=5.3mA,
为满足三极管处于饱和导通条件则集电极电阻RC=5V/5.3=943欧
即当RC小于943欧时,三极管处于线性放大状态,当RC大于943欧时,三极管处于饱和导通状态。
如下图所示,一个处于放大状态,一个处于开关状态
问:如何判断三极管是处于放大状态还是开关状态?
答:最通俗的解法,看IC是否等于βIb,当IC>=βIb时,这就处于放大状态,当IC<βIb时,处于开关状态。
问:三级管没有加偏置时,还能正常工作吗?
答:当然可以,偏置只是为了让放大不失真,提前给三极管PN结提供电压,当不提供时,只要输入大于BE pn结导通条件,照样可以正常工作,只是输出波形肯定失真
问:三级管输入必须是小信号吗?
答:不是,输入小信号是课本上的知识。实际中如果设计是开关状态,那输入就是数字信号,如果设计是放大状态,那么输入一般是模拟信号,当是放大状态时,一般是有加偏置电压,防止输出波形失真,输入信号大小和放大倍数以及输出集电极电阻和电源有关系,并没有明确的规定。
问:为什么输入很小的变化,都会导致输出极大的变化,本质是什么?
答:本质就是三极管的PN结特性,BE之间是一个二极管,二极管的电压0.7,I/V曲线是一个指数型的,0.7V变化一点 都会引起电机急剧变化。