一、三極管基本介紹
三極管是一種電流控制器件,可以作為無觸點開關,經常被用于開關電路當中,通過輸入信號來控制三極管的導通與斷開,進而接通和切斷電路,三極管具有3個電極:發射極(E)、集電極(C)、基極(B)。按PN結的組合方式,三極管分PNP型跟NPN型。按本征半導體材料的不同,有硅管和鍺管之分。
三極管有截止、線性放大、飽和3種工作狀態,作為開關作用,三極管工作在截止和飽和狀態,對應于開關的斷開跟閉合。
1)截止狀態:當三極管基極偏置電壓小于PN結的導通電壓,基極電流Ib=0時,集電極Ic和發射極Ie沒電流(或只有微弱的弱電電流)通過,此時三極管失去了電流放大作用,我們稱三極管工作在截止狀態,CE極之間相當于開關的斷開狀態。
2)飽和狀態:當三極管基極偏置電壓大于PN結的導通電壓,基極電流增大到一定數值時,集電極電流Ic基本上不再隨著基極電流Ib的變化而變化,而是趨近于某一定值,這種現象稱為飽和狀態。此時三極管失去電流放大作用,集電極和發射極之間的電壓很小,三極管處于導通狀態,相當于開關的導通狀態。
? ? ? ? 三極管開關電路,是根據三極管的參數及開關特性,用于電路組成形勢及驅動功率綜合考慮設計而成,。
驅動電阻的大小選擇,是根據開關三極管的放大倍數和驅動功率的大小來選擇!既能安全可靠地讓三極管工作于飽和狀態,又能讓三極管有效地工作于截止狀態。
三極管作為開關元件,就是讓三極管工作在飽和與截止兩個狀態,截止狀態好處理,只要切斷基極電流就可以了,飽和狀態要選取多大的限流電阻呢,首先要確定最大集電極電流,即開關負載的工作電壓與負載的電阻比值,最大工作電流除以三極管的放大倍數,就是基極工作電流,為基極提供電流的電壓,除以基極電流,就是基極限流電阻的值,如果控制電流大,比如有幾安,就要用大電流三極管,如果控制端是coms芯片,輸出電流只有1毫安以內,這時就要用大電流達林頓管來做并關元件,或者加一個三極管與開關三極管聯級,提高放大系數,保證以小電流控制大電流開關。
分析電路圖:
a: LED正常工作時壓降2V,電流20mA;這時選取電阻為R3= 150歐
b: 找到三極管數據手冊
當Ic=20mA,Vce=5V時,Ib=160uA;
把壓降考慮進去的話,如果基極電壓為5V,那么R1=(5-0.7)/0.00016 = 26.8K
考慮到基極電流Ib為臨界值,所以要確保三極管工作在飽和區 Ib = 1.5Ib = 240uA;
此時 R1=(5-0.7)/0.00024 = 18K;
所以R1<=18K時三極管飽和狀態。(注意:電阻不能太小,以避免流經基極電流過大)
有小伙伴提問,基極并聯電阻R2阻值如何去算,我也是翻閱了一下模電,沒找到相關知識點,根據自己的理解,應該是為了運用了分壓電路,使得分壓電阻的值分的的最小電壓為0.7V。
首先應知道基極并聯電阻的作用及原理:
發射結電壓電流特性呈現很強的非線性,PN結兩端電壓在0.3V以下時幾乎沒有電流流過PN結。該并聯電阻卻是線性的,電流與兩端電壓成正比。故前級輸出電流較小時幾乎全部從電阻流過,電流大到電阻兩端電壓達到發射結導通電壓時才會有電流從發射結流過,且電流繼續增加時發射結中電流增加得比電阻中電流增加得更快。所以并聯電阻可以避免小電流流過發射結造成誤動作。
1、電阻并聯于發射結兩端,目的是避免微小電流流入該管基極時該管誤導通。
2、因為CB之間都會有穿透電流,這個電流的大小與工藝等有關,它是隨溫度急劇增大的(指數關系),當在低溫場合,現在的三極管工藝基本把Icbo做得足夠小,電路中可以不考慮它。但是,當溫度升高后,它的影響就大了,以至于電路無法工作的程度。增加基極的并聯電阻,對于工作溫度范圍較寬的場合下效果非常明顯。
如上面的例子,假設要使三極管導通,那么基極電壓應大于0.7V,假設Signal = 5V,所以根據分壓原理有
[R2/(R1+R2)]*5=0.7,那么當R1 = 10K時,R2為1.6K,R2最小為1.6K。為了使開關更穩定我們盡可能的使R2的阻值大。
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