图说三极管的三个工作状态.docx
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图说三极管的三个工作状态
抛开三极管部空夬和电孑的运动,还是那句话只谈应用不谈療理,希璽通过下面的"图解”让初学者对三圾管有一个形象的认识。
三极管是一个以b(基极)勒流lb来犯动浇过CE的电流lc的器件,•它的工作療理很像一个可控制的闻门。
左边细管孑里蓝色的小水浇冲动杠杆使丸水管的阀门开丸,就可允许较丸红色的木浇通过这个阀门。
生蓝色水流越大,也就使大管中红色的水沆更大。
如果放大信数是100,那么古蓝色小氷流为1千克/小肘,那么就允许丸管孑流过100千克/小肘的水。
三极管的艮理也跟这个一样,放大信数为100肘,当lb(基极色浇)为1mA肘,就允许100mA的电流通过Ice。
有了这个形象的解释之后,我们再来看一个单片机里常用的色路。
\cc
T
Rl
我们来分析一下这个电路,如果它的放丸信数是100,基圾电庄我们不计。
基极亀浇就是10V&pide;10K=1mA,集电扱电流就应该是100mA。
根据欧姆定律,这样Rc上的电压就是0.1AX50Q=5Vo那么剩下的5V就吃柱了三圾管的C、E极上了。
好!
现在我们假如让Rb为1K,那么基圾电流就是10V&pide;lK=10mA,这样按照放大信数100算,lc就是不是就为1000mA也就是1A了呢?
假如真的为1安,那么Rc上的电庄为1AX50Q=50V。
啊?
50V!
都超过电源电庄了,三憑管都成发电机了吗?
其卖不是这样的。
見下图:
我们还是用水管流水来比冷电流,生这个桂制电流为10mA肘使主水管上的阀开大到能浇过1A的电流,但是不是就能有1A的电流流过呢?
不是的,因为上面还有个电阻,它就相生于是个固定开度的阀门,它串在这个主水•管的上面,古下面那个可控制的阀开度到大于上面那个固定电阻的开度肘,水流就不会再增丸而是等于通过上面那个固定阀开度的水流了,因此,下面的三极管再开丸开度也没有用了。
因此我们可以计算出那个固定电阻的最大电浇10V/50Q=0.2A也就是200mA。
就是说在电路中三圾管基圾电流增大集电圾的电流也增丸,当基圾电流lb增丸列2mA肘,集电圾削流就增大列了200mA。
生基圾电流冉增丸肘,集电圾电流已不会冉增大,就A200mA不动了。
此肘上面那个电險也就是起.限流作用了。
上而讲的三圾管是工作在放大状态,要想作为开关甕件来应用呢?
亳无疑问三圾管必须进入饱和导通和瓮止状态。
图4所示的电路中,我们从Q的基圾注
入电浇IB,那么将会有电流流入集电圾,丸小关糸为:
IC二BIB。
而至于BJT发射结电庄VBE,我们说这个并不重要,因为只要IB存连.且为正值肘,这个结电庄便一定存柱并且基本恒定(约0.5〜1.2V,—般的管子取0.7V左右),色就是我们所讲的发射结正偏。
阮然UBE是固定的,那么,如泉BJT基极駆动伶号为电公伶号时,就必须疫基极串联一个限浇电阻,如图5。
此肘,基圾电流为IB=(Ui-UBE)/RB。
一般惜况不略RB是不允许的,因为这样的话IB将会变得很丸,进成前级电路或者是BJT的损坏。
\・CC
I
图4、图5
棲下来进入我们最关心的问題:
RB如何选取。
前而说到过IC=BIB,为了使甜体管进入饱和,我们必须增加IB,从而使IC增大,RC上的庄吟随之增丸,直到RC上儿乎承受了所有的电源电压。
此肘,UCEt得很小,约0.2〜0.3V(对于丸功率BJT,这个值可能达到2〜3V),也就是我们所说的饱和庄吟UCE(sat)o如果达列饱和肘,我们忽略UCE(sat),那么就有IC*RL二B*IB*RL二Vcc。
佥就是只要保证IB2IC/B戎IB$Vcc/(BRL)肘,晶体•管就能进入饱和状态。
我们看这样一俎数据:
Vcc=5V,P=200,RL=100Q。
那么要求IB$5/(200X100)A=0.25mA。
如果Ui=5V,那么取RBW(Ui-UBE)/IB~(5O7)/0.25kQ=17.2l 但是,卖际上, 对于这种情况,如果取一个10kQ以上的色阻都可能导玫BJT无法进入饱和状态。 这是为什么呢? 因为我们的霉件不是理想的,我们在来看下面一个图。 1000 100 10 1 0.11101001000 lc集电极电流(mA〉 这是我们常用的一敕小信号BJT,型号为MMBT3904的直流勒压增葢曲线。 从图中可以看岀,BJT的共射极直流亀庄增益hFE(也就是通常点义下的B)不仅是温度的函数,而且与集亀圾电浇有关。 在一定的集电极电流闵,hFE基本为常数: 生集电圾电流大于一走值肘,hFE将■急剧下舉。 尹生这一现象的机理我们柱这里就不讨怡了。 我们在使用BJT作为开关肘,大多数情况下用于犯动外部负栽,如LED.继电器等,这些负我的电流一般轶大,此肘hFE己经下阵到迄小于我们计算肘使用的那个值。 如前面的例子,如果这个BJT为MMBT3904,集电圾电流达到近50mA,此肘的B(或hFE)己经下舉到只要100左右了,计算基圾电陨肘使用的P也应该取100而不是200。 而实际应用中,IB并不是越丸越好,因为IB对外电路来说是没有卖质作用的,它仅仅是维持BJT可靠导通的必要条件。 1B越大,驱动部分的损耗色就越丸,从而吟低了电路的效率。 而且IB越大还会影响三极管的开关速率,这个我们后面再深丸。 亀子元件基础之三圾管挣态工作点 我们都知道,三圾管的工作状恚有三个,我止区,放大区,饱和区。 坪么三圾管工作在什么工作状态是由什么决定的呢? 是由基极电流(lb)来决主的,和其他因素屯全没有关糸。 如果lb=0,则三圾管工作在札止区。 如果0vlbXBv饱和电流,則三奴管工作在放丸区。 如果饱和电浇 虽然说三极管的工作状恚是由基圾电流决龙的,但是能够影旳星极电流的因素就有儿个,其中最重要的就是筛态工作6。 牲放丸电路中,生有信号输入肘,交流量与直流量共存。 那什么是三圾管的挣态工作点呢? 三圾管挣态工作点就是输入信号为零肘,电路处于直浇工作状态,这些电浇.电庄的数值可用BJT特性曲线上一个确定的点在示,该点习惯上称为挣态工作点Q。 用我们的丸俗话就是三圾•管处于挣态工作状态的肘候的基圾电流。 就是古没有交流信号输入到基圾的肘候,三圾管的基圾电流。 挣态工作点是怎样影响三奴管的呢? 挣态工作点直接就会影响三极管的基圾电流,从而影响三圾管工作在什么区城。 如果静态工作点靠近饱和区,那么就很有可能部分的交凉信号进入饱和区、没有进行放大,凌成饱和失真。 如果挣态工作6靠近総止区,那么仓很有可能有部分的交流佶号进入札止区,凌成礼止失真。 那什么因素会影响挣态工作点呢? 影响挣态工作点的因素有很多,最契岀的两个就是偏置电阻和温度。 如果偏置电阻过丸,即么凌成基极亀流较小,挣态工作点比较靠近札止区.如果偏置电阻过小,坪么凌成基极电流较丸、挣态工作点比较靠近饱和区。 所以偏置电阻的选挣很重要,另外的一个 重要因素是温度.丸家都知道,温度的升爲会凌成半导体器件的导电性能增强、对于三极管来讲,就是放大僖数的增加。 所以也就庐生了,很多种的抑制挣态工作点漂移的电路了。 电子元件基础一MOSf 平肘在实脸•室常用的器件还是三圾•管和对较多,对MOSf用得芯少,今年11月份雨M科肢寺来了夫套STM32DEMO_V1.2评估坂,扱子上面就有儿颗MOS•管,为了更好认帜MOS管,柱课本和网上杳了许多资料,现在整理出来给大家分家。 由于水平有限在这儿我们只淡应用不淡原理。 我们知道MOS•管有P沟道和N沟道之分,给出一个MOS的电路符号,你是怎么判浙它是N沟道,还是P沟道? 下面我们就来看图1这颗MOS管电路符号。 图1 请问: 哪个脚是S(源极).哪个脚是G伽极)哪个脚是D(漏极)? D和父是N沟道还是P沟道MOS? 1脚和3脚之间存症一个二圾管,这个二极管有什么作用? 如果接入色路,一般哪个接输入哪个接输出? MOS三个圾怎么判飾 寺生二极管 G极.不用说比校好认.s极.不论是2W还是P沟道两根魅交的就是• D«.不论是P沟遇还是N沟道单独引脚的就是. 柱图1我们看到D圾和S圾之间存在着一个二圾•管,这个二圾管叫寺生二圾管。 MOS的寺生二极管怎么来的呢? 翻开丸学里的栈妆电路书里面并没有疥生二圾管的介绍。 在网上香了一番姿料才知道,它是由生庐工艺凌成的,大功率MOS•管漏憑从硅片底部引出,就会有这个寺生二极管。 小功率MO5管例如集成芯片中的MOS管是平面结构,漏圾引岀方向是从硅片的上面也就是与源圾等同一方向,没有这个二极管。 棋拟电路书里讲得就是小功率MOS•管的结构,所以没有这个二圾管。 但D圾和材底之间都存在寺生二憑管,如果是单个晶体管,村底古然接5极,因此勺然在DS之间有二极管。 如果在IC里面,N—MOS衬底摟最低的电庄,P—MOS衬底接最壽电庄,不一主和S圾相连,所以DS之间不一定有寺生二圾•管。 那么寺生二圾管超什么作用呢? 方电路中尹生很大的瞬间反向电浇肘,可以通过这个二圾•管导出来,不至于击穿这个MOS•管。 (起到保护MOS管的作用) 寺生二圾管方向判定 不论N沟逍还是P沟iiiMOS管,山间衬底箭头方向和需生•极管的箭头方向总是一致的: 要么都由S描向D,要么都由D指向S. 图4 MOS管的应用 开关作用 我们乙本主板上用得最多的电子器件便是MOS•管,可见MOS•管在低功 耗方面应用得非常广泛,MOS管都有哪些应用呢? 先来看下面的原狸图 柑信你从图5可以看出MOS管亦电路中的作用了吧,以上的MOS开关实现的是传号切换(爲低电平的切换),那么MOS淮.电路中要实现开关作用应该满足什么条件呢? 还有前面提过MOS管接入电路哪个奴棲输入哪个圾接输出(提示: 寺生二极管是关純)? 我们先看MOS管做开关对雀电路的接法。 NMOS管: PMOS管: D极输入;D极输出: S极输HhS极输入。 导通时导期时 想一想为什么是这样接呢? 及过来棲行不行? 那是不行的。 就全NMOS奄象说S极做输入D极做输出,由于寺生二圾管直接导通.因此S极电压可以无条件到D极,MOSt就失去了开关的作用,同理PMOS管反过来接同样失去了开关 作用。 接下来淡淡MOS管的开关条件,我们可以这么d不枪長P沟道还是N沟道,G极电庄都是与S圾电压做比轶: N沟道: UG>US肘导通。 (简单认为)UG二US肘龍止。 P沟道: UG 但UG比US丸(龙小)多少伏肘MOS管才会饱和孚通呢? 这要看具体的MOS •管,不同的MOS■>要求的庄差不同。 比如笔谄本上用于信号切换的MOS•管: N7002,2N7OO2E,2N7002K,2N7002D,FDV301N等。 UG比US丸3V-5V 即可。 隔富作用 如果我们想卖现线路上电流的单向流通,比如只让电流由A->B,阻止由 B->A,请问该怎么做? X— 找心很容易测qaiA、BZ间申联个呷忡 : A。 韵。 B: 但这样的做出有一个缺点,二奴•管上会尹生一个庄吟,损失一些电庄信号。 而使用MOSf做隔离,在正向导通肘,在推制极加合适.的电压,可以让MOS管饱和导通,这样通过电流肘几乎不尹生庄吟。 下面我们来看一个防电谏反接电路O 这个色路当色源反接肘/WOS管樹止,保护了负栽。 电源正接肘由于NMOS管导通庄吟比较小,儿乎不损失电庄,比在电谏端加保险管再在负栽并联一个二极管的方亲好一些。
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- 图说 三极管 三个 工作 状态