如何快速確定三極管的工作狀態(tài)?有什么方法?
發(fā)布時(shí)間:2019-04-08 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】有放大、飽和、截止三種工作狀態(tài),放大電路中的三極管是否處于放大狀態(tài)或處于何種工作狀態(tài),對(duì)于學(xué)生是一個(gè)難點(diǎn)。筆者在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),只要深刻理解三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn),分析電路中三極管處于何種工作狀態(tài)就會(huì)容易得多,下面結(jié)合例題來(lái)進(jìn)行分析。
一、三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)
1.三極管飽和狀態(tài)下的特點(diǎn)
要使三極管處于飽和狀態(tài),必須基極電流足夠大,即IB≥IBS。三極管在飽和時(shí),集電極與發(fā)射極間的飽和電壓(UCES)很小,根據(jù)三極管輸出電壓與輸出電流關(guān)系式UCE=EC-ICRC,所以IBS=ICS/β=EC-UCES/β≈EC/βRC。三極管飽和時(shí),基極電流很大,對(duì)硅管來(lái)說(shuō),發(fā)射結(jié)的飽和壓降UBES=0.7V(鍺管UBES=-0.3V),而UCES=0.3V,可見(jiàn),UBE>0,UBC>0,也就是說(shuō),發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。三極管飽和后,C、E 間的飽和電阻RCE=UCES/ICS,UCES 很小,ICS 最大,故飽和電阻RCES很小。所以說(shuō)三極管飽和后G、E 間視為短路,飽和狀態(tài)的NPN 型三極管等效電路如圖1a 所示。
2.三極管截止?fàn)顟B(tài)下的特點(diǎn)要使三極管處于截止?fàn)顟B(tài),必須基極電流IB=0,此時(shí)集電極IC=ICEO≈0(ICEO 為穿透電流,極小),根據(jù)三極管輸出電壓與輸出電流關(guān)系式UCE=EC-ICRC,集電極與發(fā)射極間的電壓UCE≈EC。
三極管截止時(shí),基極電流IB=0,而集電極與發(fā)射極間的電壓UCE≈ECO 可見(jiàn),UBE≤0,UBC<0,也就是說(shuō),發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。三極管截止后,C、E 間的截止電阻RCE=UCE/IC,UCES 很大,等于電源電壓,ICS 極小,C、E 間電阻RCE 很大,所以,三極管截止后C、E 間視為開(kāi)路,截止?fàn)顟B(tài)的NPN 型三極管等效電路如圖1b。
3.三極管放大狀態(tài)下的特點(diǎn)
要使三極管處于放大狀態(tài),基極電流必須為:00,對(duì)硅管來(lái)說(shuō),發(fā)射結(jié)的壓降UBE=0.7V(鍺管UBE=-0.3V),三極管在放大狀態(tài)時(shí),集電極與發(fā)射極間的電壓UCE>1V 以上,UBE>0,UBC<0,也就是說(shuō),發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。三極管在放大狀態(tài)時(shí),IB 與IC 成唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)IB 增大時(shí),IC 也增大,并且1B 增大一倍,IC 也增大一倍。所以,IC 主要受IB 控制而變化,且IC 的變化比IB 的變化大得多,即集電極電IC=β×IB。
三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)如附表所示。
二、確定電路中三極管的工作狀態(tài)
下面利用三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)和等效電路來(lái)分析實(shí)際電路中三極管的工作狀態(tài)。
例題:圖2 所示放大電路中,已知EC=12V,β=50,Ri=1kΩ,Rb=220kΩ,Rc=2kΩ,其中Ri 為輸入耦合電容在該位置的等效阻抗。問(wèn):1.當(dāng)輸入信號(hào)最大值為+730mV,最小值為-730mV 時(shí),能否經(jīng)該電路順利放大?2.當(dāng)β=150 時(shí),該電路能否起到正常放大作用?
分析:當(dāng)向三極管的基極輸入正極性信號(hào)時(shí),其基極電流會(huì)增大,容易進(jìn)入飽和狀態(tài);當(dāng)向三極管的基極輸入負(fù)極性信號(hào)時(shí),其基極電流會(huì)減小,容易進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。因此,解決輸入信號(hào)送入放大電路能否順利放大,主要是檢查最大值(一般為正極性)的輸入信號(hào)、最小值(一般為負(fù)極性)的輸入信號(hào)是否引起放大電路中三極管進(jìn)入了飽和狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài),如果兩種輸入信號(hào)都沒(méi)有使三極管進(jìn)入飽和、截止?fàn)顟B(tài),那么該范圍的輸入信號(hào)送入放大電路后能被順利放大。如果兩種輸入信號(hào)使三極管進(jìn)入飽和或截止?fàn)顟B(tài),則不能順利放大,會(huì)引起信號(hào)飽和失真或截止失真。
解1:
(1)當(dāng)最大值信號(hào)(Ui=+730mV)輸入時(shí),假設(shè)會(huì)引起放大電路的三極管進(jìn)入飽和狀態(tài),IB=I1+I2,利用戴維南定律,IB=(Ui-Ubss)/Ri+(Ec-Ubss)/Rb。
在飽和狀態(tài)下的三極管Ubss=0.7V,所以,三極管基極電流IB=(0.73-0.7)/1000+(120.7)/220000=30μ4+51.4μA=81.4μA,而三極管基極臨界飽和電流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/β×RC,根據(jù)飽和狀態(tài)下的三極管UCES=0.3V,所以,IBS=(12-0.3)/(50×2000)=117μA。
根據(jù)以上計(jì)算可知:IB大值輸入信號(hào)(Ui=+730mV)輸入時(shí),放大電路的三極管仍處于放大狀態(tài)。(2)當(dāng)最小值輸入信號(hào)(Ui=-730mV)輸入時(shí),假設(shè)會(huì)引起放大電路的三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài),則等效電路如圖4 所示。
-Ec+IRc+IRi+Ui=0
所以,I=(Ec-Ui)/(Rc+Ri)=[12-(-0.73)]/(1000+220000)=58μA,Uba=-IRb+Ec=-58μA×220000+12V=-0.76V。
可知:Ube<0,根據(jù)三極管截止?fàn)顟B(tài)的條件UBE≤0,假設(shè)成立,即當(dāng)最小值輸入信號(hào)(Ui=-730mV)輸入時(shí),放大電路的三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。綜上所述,當(dāng)最大值為730mV,最小值為-730mV 的輸入信號(hào)輸入時(shí),該放大電路不能順利放大。
解2:當(dāng)β=150 時(shí),三極管基極臨界飽和電流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/βRC=(12-0.3)/(150×2000)=39μA,而三極管的基極電流IB=(EC-UBEQ)/Rb=(12-0.7)/220000=51μA。
根據(jù)以上計(jì)算可知:IB>IBS,根據(jù)三極管飽和狀態(tài)的條件IB≥IBS,可知,電路中的三極管處
于飽和狀態(tài),即該電路不能起到正常放大作用。
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