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三极管基本电路原理解析 - 三极管基本电路原理和检修详解

已有 340 次阅读2019-8-20 16:04

  1、电路示例1——原理分析
  虽然如此,为了更好地理解由三极管为核心构成的放大或开关电路,我带领大家设计一款最基本的三极管偏置电路,由对此简易电路的分析,找到分析三极管电路原理的关键所在。
  已知:供电电源电压Vcc=10V;三极管β=100;
  要求:静态Ic=1mA;静态Vc(三极管集电极电压)=5V。可知这是一款简易单电源供电的小信号放大器。为了不失真输出信号电压(有较好的动态范围),通常将静态Vc设置为Vcc 的1/2,那么动态输出则是以5V为零点的上、下浮动的变化电压(如图1所示)。
  三极管基本电路原理和检修详解
  电路设计:由电源电压=10V和Vc=5V、Ic=1mA三个条件,得出Rc值。10V-5V/1mA=5k;由β=100,第一步得出Ib=10?A;第二步若忽略发射结0.5V左右电压降,则10V/10?A=100 k。即RC决定了Ic,Rb决定了Ib。由两只电阻完成了静态工作点的建立。
  1)静态工作点
  拣要点,三个明要素:Ib=10?A;Ic=1mA;Vc=5V。
  一个暗要素:我们将Q1的c、e极之间,看作一个电阻,暂命名其为Rce。此时在静态偏置状态下,Vc即为Rce和Rc的分压值,当然可看出Rce = 5k,此为第四个要素。
  在输入信号作用下,其实是Rce的变化导致了输出电压Vc的变化。
  需要注意:静态工作点即零信号时的工作偏置状态。此处的零信号并不一定是零电压值。参见图1的曲线图,IN端即Q1的Vb约为0.5V;Vc=5V。
  2)当IN输入信号使Ib在静态基础上有所上升时,必然导致Ic的同步上升。我们可以给出一个确定值以便进行定量分析。此时Ib↑=15?A;Ic↑=1.5mA(Rce↓);Vc↓=2.5V(这都是据欧姆定律加减乘除算出来的,Rc两端电压降7.5V,Rce两端当然为2.5V)。
  Ic↑的使Rc两端的电压降增大,Vc下降,从暗要素考虑,此时是Rce的变小,导致了Vc分压点的电压降低,那么可见Rce为一只可变电阻,而实际上,在放大区内,三极管工作于可变电阻区,其c、e极之间,确实呈现一只可变电阻的特性!当Vc=2.5V时,可知Rce由静态时的5k变为现在的2k.。因而我在图2干脆画出这只电阻来,并标示出各点电压和电流值。
  三极管基本电路原理和检修详解
  需要说明一下,三极管的控制特性为电流控制器件,此处在输入回路关注的是输入电流的变化而Vb值。这是因为:三极管的发射(PN结)结导通电压是一个相对稳态的值(称门坎电压如0.6V左右),而在此相对变化极小的Vb电压范围以内,其流通电流值Ib却有较大范围以内的变化。因而此时只关注Ib对Ic的影响。而从根本上来说,三极管是个电流控制器件或者为电流放大器,而电压放大,是个间接的结果——接入负载电阻Rc的目的,即是将Ic变化转化为Vc的变化。
  可见,IN信号电压上升使Ib在静态基础上往正方向变化时,Vc呈现反方向变化,从IN和OUT的关系看,为反相关系,由此可确定该放大器为反相放大器。
  3)当IN输入信号使Ib在静态基础上有所下降时,必然导致Ic的同比例下降。我们也可以给出一个确定值以便进行定量分析。此时Ib↓=5?A;Ic↓=0.5mA(Rce↑);Vc↑=7.5V。
  Ic↓的使Rc两端的电压降减小,Vc上升。从暗要素考虑,此时是Rce的变大,导致了Vc分压点的电压上升。当Vc=7.5V时,可知Rce由静态时的5k变为现在的15k。
  三极管基本电路原理和检修详解
  综合以上2)、3)来看,输入信号电流的变化范围±5?A;放大100倍后,Ic变化范围±0.5mA;其实是Rce由此产生了2k~15k的变化量,导致了输出Vc变化范围±2.5V。
  若假定IN±0.1V的变化量,导致了Vc±2.5V的变化量,则可认为该级放大器是25倍的电压放大器,100倍的电流放大器。
  或再掐头去尾,在输入信号作用下,Ib的变化导致Rce产生了约1.7k~45k的变化,从而Vc产生了1~9V(即±4V)的输出变化。
  在此区域内,Ib的线性变化控制着Rce(Ic)的线性变化,使输入、输出电压呈现反相的比例关系,三极管工作于可变电阻区,可称之为线性放大器,即通常所说的模拟电路。
  若使三极管出离受控区或线性放大区,进入至开关区后,有以下两种情况。
  4)进入饱合区的工作状态
  IN输入信号电压的上升,使Ib↑≥20?A;Ic↑=2mA;Vc↓=0V。此时因为Rc=5k,电源电压=10V,Ib在20?A以上继续增大至哪怕至毫安级,Rc流过的最大电流也只能是2mA,其两端最大电压降也只能10V,此时的Ic =2mA被称为饱和电流。三极管工作于饱和状态。
  三极管基本电路原理和检修详解
  此时的Rce《》
  5)进入截止区的工作状态
  IN输入信号电压的下降(Vb为0.3V以下至0V),使Ib↓=0?A;Ic=0mA;Vc↑=10V。此时因Ic=0mA,Rc两端电压降为0V,Q1等效于SW1断开。三极管工作于截止状态。
  三极管基本电路原理和检修详解
  此时的Rce》》Rc已经不再具有可变电阻的特性,更适宜于用SW1的断开来等效了。Q1已经出离了放大区,进入了开、关区之二的截止区。若忽略集电极微弱漏电流的影响,则Vc也看作10V。
  需要说明:
  1)该电路定义为小信号电压放大器,做为一个中间放大器,是和前级电路的输出信号幅度、后级负载电路的输入阻抗密切结合的。须有适宜的输入信号电压幅度和适宜的负载阻抗,才能满足其电压放大条件。
  作为放大器应用时,首先输入信号是在合理的线性范围内才行。输入信号电压幅度应在百毫伏级以内,输入信号电流应在±10?A左右。若输入信号导致Ib=0,或导致Ib≥20?A时,此为非法信号!做为放大器应用时,应避免非法信号的出现,换句话说,非法信号的进入,说明前级电路已为故障状态。
  2)做为开关电路应用时,应避免小幅度渐变信号在输入端的出现,此亦为非法信号!开关电路若进入放大区,麻烦就来了,如驱动继电器时,会出现继电器振动不能吸合,工作电流过大而烧毁等状况。理想开关电路的输入信号,即高、低电平。如Ib应为60?A以上,以使三极管进入深度饱和,或Ib应为0?A或负的截止电流,使三极管进入可靠截止状态,以保障电路的开、关特性。
  3)上文5)种状态,仅是信号电流角度来描述对三极管工作状态的影响。以饱和状态为例,三极管的饱和,其实还和多种因素相关。
  a、和信号幅度相关,已述;
  b、电路本身相关,如Rc取小时,若进入饱和状态,就需要更大的输入电流信号;取大时,会令饱和状态提前;
  c、后级电路的影响,负载阻抗过低,会提前进入饱和区;负载短路,则直接进入“假饱和区”。
  因而检修故障时,当该级放大器异常,仅仅着眼于该级电路是不够的,先确定信号和负载电路无问题,才对该电路下手,是正确的方法。
  2、在线电压法确电定路的工作状态
  三极管的工作在放大区、饱和区和截止区等三个区域内进行转换。放大器在工作中力争避开饱和区和截止区;工作于饱和区和截止区的开关电路,在由截止到饱和或由饱和到截止的过程中,不可避免地在进入一个短时的放大区(当然进入该区域的时间是越短越好),这都由相关的技术手段来保证。此不赘述。开关电路进入了放大区或放大器进入了开关区,都是电路出离了应该有的“常态” 而进入了“故障态”。这可由静态对发射结电压值和集电极、发射极之间的电压值这两项检测,来确定之。
  放大区:Vbe约为0.5V左右,Vce约为二分之一的供电电源电压;
  饱和区:Vbe约为0.5V~0.7V左右,Vce约为0V;
  截止区:Vbe约为0.4V~0V左右或0V以下的负压(很少采用了),Vce约为电源电压。
  电路处于什么状态,搭搭表笔(搭两下)就可以知道了。
更多请关注PMBT3904:http://www.dzsc.com/ic-detail/9_10951.html

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