3.2.1NPN型三极管与恒流源放电电路

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好,这节课我们来介绍 NPN 型三极管与恒流源放电电路 包含两部分内容 我们先来看三极管基本特性 它位于教材的3.2节 晶体管分为三级管和场效应管 三极管电路的学习 更具普遍性 场效应管主要应用 我们放到了电源管理章节 晶体管都可以分为 N 型和 P 型 具体到三极管就是 NPN 型三极管和 PNP 型三极管 我们主要讲解常用的 NPN 型三极管 穿插介绍一些 必须要使用 PNP 三极管的知识 如图所示 三极管三个引脚分别是 基极 Base 用大写的 B 表示 发射极 Emitter 用大写的 E 表示 集电极 Collector 用大写的 C 表示 BE 之间实际上是一个二极管 CE 之间可以等效成为一个可调电阻 这个阻值可以从若干欧 几欧姆 调到无穷大 相当于开路 好,三极管的特征方程 iC=βiB 如果是 N 型管 B 电流将从 B 指向 E iC 将从 C 指向 E 所谓的β是三极管自身的放大倍数 可以认为它是取决于生产工艺的常数 数值从几十倍到数百倍之间 需要注意的是 三极管只能依靠改变 CE 间的等效电阻 RCE 来实现 iC=βiB 如果 RCE 降到最小值 接近于零都实现不了的话 我们称之为饱和状态 如果 RCE 增大到最大值 比如说开路了 都实现不了 我们称之为截止状态 如果三极管能够实现 iC=βiB 我们称之为处于放大区 所以三极管总结一下 它应该工作在这么三个区域内 饱和区,截止区和放大区 恒流源放电电路 它位于教材的3.3.1节 三极管的特性就是 iC=βiB 没有什么神奇之处 它跟电阻电感电容是一样的 神奇的是利用三极管的特性 所搭建的各种特殊功能的电路 本节开始我们将陆续介绍 那些流传至今仍在使用的电路 恒流源放电电路 如图所示 我们给一个已预先充好电的电容 接上电阻 实际上就构成了一个放电回路 而它的放电电流 iC 将等于 uC 除以 R 由于 uC 不断降低 所以放电电流不是恒定的 如果我们想要一个 恒定的放电电流 怎么办呢 好,如图所示 我们用一个 NPN 管 构成了一个放电恒流源电路 电容来放电 我们来分析下 它是如何工作的 我们可以计算 IC 的值 为恒定的1个毫安 怎么算呢 首先 VE,它是等于 稳压二极管上的5伏 减去 UBE 间的0.7伏 得到的,等于4.3伏 而 IC 约等于 IE 就等于 RE 上的电流 所以用 VE 除以 RE 就可以了 得到的是1毫安 而在这个公式当中 我们发现 它与电容电压 UC 没关系 所以它是一个恒流源 其中 VE 这个表达式 是一定成立的 但是 iC 约等于 iE 是有前提的 它的前途就是 三极管必须处于放大区 即 iC=βiB 由于β一般认为是100倍数量级 所以 iE 等于 iB+iC 可以约等于 iC 才成立 好,我们来讲一下 三极管电路的求解步骤 在分析三极管的电路 可以先假定三极管处于放大区 满足 iC=βiB 以及 iC 约等于 iE 然后再根据计算结果 反推 UCE 的取值是否合理 就可以判断之前的假设 是否正确 从而得到三极管所工作的状态 我们来看 假设电容 C1 上的电压为10伏 我们来反推之前的计算是否正确 如果 UC 等于10伏 那么我们可以轻易的求解出 UCE 将等于5.7伏 拿10伏减去4.3伏 就得到了 UCE 可以等于5.7伏 没有问题 是合理的 所以前面的计算没错 说明三极管就是处于放大区的 进一步还可以推算 RCE 的值等于5.7千欧 可以理解为 三极管只需把 RCE 调整为5.7千欧 就可以使电容的放电 维持1个毫安 好,我们再看 如果电容上C1的电压 降到了8伏呢 同样的我们可以计算 UC 的电压 用8减去4.3 得到了3.7伏 UCE 是合理的 所以三极管仍然工作在放大区 之前的计算是对的 还是1个毫安 进一步推算出 RCE 等于3.7千欧 也就是说 三极管把 RCE 调整到3.7千欧 仍然可以保证电容的放电 维持在1个毫安 如果电容上的电压降到了3伏 我们算一下 UCE 得到的是负的1.3伏 UCE 我们知道 最小只能为零 显然不合理 这说明 RCE 减小到零 也满足不了 iC=βiB 那这个时候说明三极管 并不处于放大区 而是处于饱和区 在认为 UCE 可以降到零的情况 我们可以计算出恒流条件下的 最低电容电压 应该为4.3伏 也就是说 电容电压高于4.3伏的时候 三极管可以处于放大区 它可以恒流地给电容放电 那一旦低于4.3伏 三极管并没有坏掉 天也没有塌下来 只不过这个时候 三极管已经处于了饱和区 按饱和区的特性来处理而已 事实上作为半导体 CE 间的电阻远降不到0欧 所以一般 UCE 电压 只能降到0.2伏 只能降到0.2伏 称之为饱和管压降 但有的时候 我们理想觉得 0伏也是可以接受的 图示电路在一定条件下 可满足恒流放电 这里的一定条件 就指的是 UCE 的电压 不能小于0伏 本课小结 如同二极管是否导通性质截然不同 三极管是否处于放大区 性质也会不同 我们一般都先假设 三极管处于放大区 然后利用 iC=βiB 和 iC 约等于 iE 来求解电路 然后反推 UCE 是否合理 如果 UCE 合理 说明三极管处于放大区 公式都没有问题 如果 UCE 不合理 它不能小于0 最多只能等于0 三极管就是饱和了 则会多出 UCE 等于0 或者 UCE 等于0.2伏 这样的条件 同样可以重新求解电路 三极管仍然是在工作的 只不过在不同的区域工作 就这么回事 三极管的β值 我们一般计算的时候 都认为在100倍数量级 不会去真的计较它具体是多少。 如果一个电路非得β等于123 才能工作 那么这是个失败的设计 实际上三极管造出来以后 会筛选一遍它的放大倍数 后缀名会体现 放大倍数的大体挡位 并不是说β越大就越贵的意思 最后 三级管并不知道 自己在电路当中 扮演的是什么角色 它只是尽力使自己满足 iC=βiB 电路整体表现出来的性质 是放大区是饱和区 充电还是放电 是人们设计之后 命名的一个结果 好,这节课就到这里
课程介绍 共计80课时,9小时48分45秒

电子电路基础知识讲座

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本系列课程目前共有80讲,由青岛大学和TI德州仪器联合推出,傅强老师主讲。从模拟及电源出发,系统系列地讲解了电路设计上的基础知识,从多方面多角度给学员提供了全面学习的机会,也是工程师快速查找相关基础知识的便捷手段。
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讲师

讲师: 傅强老师

讲师:青岛大学南开大学博士学历。主讲本科的模电和数电课程,以及研究生的电子电力等课程。指导国家级大学生创新创业训练项目,大学生电子设计竞赛, 和企业横向课题等等。

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