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  • 三極管電路,怎么設計使三極管的工作電流最大
    • 發(fā)布時間:2022-05-12 19:50:04
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    三極管電路,怎么設計使三極管的工作電流最大
    三極管有三個工作區(qū)間:截止、放大和飽和,三極管達到飽和時工作電流是最大的,那么怎么設計使三極管工作在飽和區(qū)呢?
    三極管的基本原理
    為了讓新手更了解三極管的用法,下面先簡單介紹一下三極管的基本原理,三極管一共有三個引腳,也就是三極管的三個極:基極、集電極和發(fā)射極,三極管由兩個PN結組成, 其組合不同而分為NPN和PNP兩種類型,其構造及符號如下圖所示。
    三極管 工作電流
    三極管屬于電流型控制元器件,也就是小電流控制大電流,其有三個工作區(qū)間:截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。
    截止區(qū)的條件(假設BE的壓降為0.6V):Ube<0.6V(NPN),Ube>-0.6V(PNP),此時Ib=0,EC之間的內阻很大(相當于開路)。
    放大區(qū):Ube≈0.6V,Ib有電流,滿足Ic=βIb,Ie=(β+1)Ib,也就是說Ib越大則Ic就越大,β為三極管的放大倍數(shù),此時發(fā)射結正偏,集電結反偏。
    飽和區(qū):當基極電流繼續(xù)增大而集電極電流不再增大時(趨于穩(wěn)定),此時三極管達到飽和,飽和時三極管的集電結正偏,發(fā)射結正偏。
    三極管 工作電流
    實例說明
    (1)NPN三極管控制原理,原理圖如下所示。假設該三極管的β系數(shù)為50,最大Ic電流為500mA,BE的壓降為0.6V(三極管選型時會有相應固定的參數(shù))。
    三極管 工作電流
    當基極輸入電壓Uin<0.6V時,基極-發(fā)射極(BE)的PN結處于截止狀態(tài),Ib無電流,所以三極管截止,CE之間的內阻很大,Ic幾乎為零,可認為是開路狀態(tài),LED指示燈不亮。
    當Uin>0.6V時,基極-發(fā)射極(BE)的PN結導通,PN結的壓降為0.6V,此時基極有電流,根據(jù)歐姆定律:基極電流Ib=(Uin-0.6)/R1。
    若三極管處于放大區(qū),滿足公式Ic=βIb,已知三極管Ic最大電流為500mA,即飽和電流為500mA,由Ic=βIb,可得Ib=Ic/β,將Ic=500mA,β=50,代入可得Ib=Ic/β=10mA,也就是當基極電流Ib=10mA時,三極管處于飽和臨界點狀態(tài)。
    由Ib=(Uin-0.6)/R1可知,改變輸入電壓和電阻R1的值可改變基極電流Ib,假如輸入電壓是固定值,可通過改變限流電阻R1的值使三極管工作在飽和區(qū)。
    比如,若輸入電壓為5V,怎么使三極管處于飽和區(qū)呢?
    Ib=(Uin-0.6)/R1得R1=(Uin-0.6)/Ib,先由三極管的最大Ic值和β系數(shù)推出三極管飽和時所需的控制電流Ib值(上文已求出三極管飽和時所需Ib=10mA),代入公式得R1=(5V-0.6V)/10mA=440Ω。
    也就是說R1>440Ω時,三極管工作于放大區(qū),當R1≤440Ω時,三極管處于飽和區(qū),飽和區(qū)時,R1的值最好在臨界值附近,不要太小否則基極電流過大而燒毀三極管。
    ▲NPN三極管控制原理
    (2)PNP三極管控制原理,原理圖如下所示。假設該三極管的β系數(shù)為50,最大Ic電流為-500mA,EB的壓降為0.6V(三極管選型時會有相應固定的參數(shù))。
    三極管 工作電流
    當輸入電壓Uin>4.4V時,基極無電流,三極管截止;
    當輸入電壓Uin<4.4V時,發(fā)射結正偏導通,基極有電流,控制限流電阻R2的大小可改變基極電流,從而使三極管工作于放大區(qū)或飽和區(qū)。
    計算方法:R2=5V-0.6V-Uin/Ib,而Ic=βIb即Ib=Ic/β,所以R2=(5V-0.6V-Uin)β/Ic,若要求輸入電壓為0V時三極管處于飽和狀態(tài),則R2=(5V-0.6V-0)*50/500mA=440Ω。
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