第2章計(jì)算機(jī)邏輯基礎(chǔ)2.4晶體三極管

1、2.4 晶 體 三 極 管 新編電類專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 三極管的特性三極管的使用三極管的重要參數(shù)目 錄 簡(jiǎn)易時(shí)間繼電器becbec兩種類型NPN型PNP型三極管電路符號(hào) 1 N ：Negative，負(fù)， 以電子為主 P ：Positive，正，以空穴為主2 b: 基 極(base) c: 集電極(collector)e: 發(fā)射極(emitter)3 箭頭所指方向?yàn)殡娏魅菀走^(guò)的方 向。 NPN：電流從管子流向發(fā)射極 PNP：電流從發(fā)射極流向管子管子 管子 becNPN型三極管正常工作條件(以NPN為例) 正向偏壓 反向偏壓 基極b、集電極c接正電壓發(fā)射極e接負(fù)電壓 基極b、集電極c接負(fù)電壓發(fā)射極e接

2、正電壓 三極管有電流流過(guò)三極管無(wú)電流流過(guò)要使三極管正常工作，必須使其電流的流向與符號(hào)中箭頭所指的方向一致。+-+-becNPN型三極管正常工作條件(以NPN為例) bec+-三極管的基極和發(fā)射極之間相當(dāng)于一個(gè)二極管的2個(gè)電極 。 導(dǎo)通壓降也為0.7V。 0.7V0.7V 如何分析三極管電路 NPN TMPS8050 集電極回路基極回路Ie=Ib+Ic兩個(gè)回路電流均流過(guò)發(fā)射極 三極管實(shí)驗(yàn)電路與分析 IcIbIeVceVbe Rc 200 1/2WVAA+AEb0V5V5V9VEcRb 10K+Rb,Eb,三極管be 基極回路 Ib=Eb-VbeRb=Eb- 0.7VRb歐姆定律：因?yàn)椋篟b一定，

3、Vbe = 0.7V所以：Ib隨Eb變化而變化集電極回路 Ec=IcRcx+VceRc,Ec,三極管ce NPN 型 基極電源Eb 集電極電源EcIb、Ic、Vce 波形? 集電極電壓Vc三極管仿真電路分析 Vo 集電極電壓（V）Ic 集電極電流（mA）Ib 基極電流(uA)0V1V2V3V4V5V9V基極回路源電壓Vb0.2V截止區(qū)a 位于a左側(cè)區(qū)域 Ib=Ic= 0 Vo= Ec= 9V截止區(qū) NPN 型 基極電源Eb 集電極電源Ec 集電極電壓VcIcIbIe三極管仿真電路分析 0.7VVo 集電極電壓（V）Ic 集電極電流（mA）Ib 基極電流(uA)0V1V2V3V4V5V9V基極回

4、路源電壓Vb0.2V截止區(qū)b NPN 型 基極電源Eb 集電極電源Ec 集電極電壓VcIcIbIe三極管仿真電路分析 位于ab區(qū)域 Ic隨Ib成比例增加，即 Vo逐漸下降放大區(qū)=IcIbVOIcIb放大區(qū)3.7V0.7VaVo 集電極電壓（V）Ic 集電極電流（mA）Ib 基極電流(uA)0V1V2V3V4V5V9V基極回路源電壓Vb0.2V截止區(qū)ab飽和區(qū) NPN 型 基極電源Eb 集電極電源Ec 集電極電壓VcIcIbIe三極管仿真電路分析 位于b右側(cè)區(qū)域 Ic達(dá)到最大值 Vo約等于0.2V飽和區(qū)3.7VVOIcIb放大區(qū)0.7V三種狀態(tài)截止?fàn)顟B(tài)即使集電極加有電壓，但基極無(wú)電流流過(guò)， 即I

5、c = Ie = 0 時(shí), Vce等于電源電壓放大狀態(tài)集電極電流受控于基極電流放大倍數(shù)： ，Ic隨Ib成比例增加Vce逐漸降低飽和狀態(tài)集電極電流Ic保持最大值而不再增加，Ib IcVce約等于0.2V0.3V集電極電流為集電極回路能夠提供的最大電流Ic=Ib仿真實(shí)驗(yàn)總結(jié) NPN TMPS8050 IcIbIeVceVbe Rc 200 1/2WVAA+AEb0V5V5V9VEcRb 10K+bec基極（輸入端）發(fā)射極（公共端）A集電極（輸出端）檢測(cè)基極電流 的電流計(jì)由基極電流控制的電流源仿真實(shí)驗(yàn)總結(jié) 三極管的特性三極管的使用三極管的重要參數(shù)目 錄 簡(jiǎn)易時(shí)間繼電器發(fā)射極-集電極最大耐壓，超過(guò)此值

6、三極管將被擊穿在選擇晶體管時(shí)，Vceo大約為所用電源電壓2倍S8050的Vceo為25VVceoS8050 NPN型三極管參數(shù) IcIbIeVce+becIcIbIeVce+bec最大集電極電流，即流過(guò)三極管集電極的最大電流在選擇晶體管時(shí)，Icm大約為三極管正常工作時(shí)流過(guò)集電極最大電流的2倍S8050的Icm為0.5AIcmS8050 NPN型三極管參數(shù) IcIbIeVce+bec用Pc表示集電極發(fā)射極消耗功率,那么Pc = Ic x VcePc在三極管內(nèi)部轉(zhuǎn)換為熱導(dǎo)致三極管內(nèi)部溫度上升，則Pcm就是可消耗的最大功耗值S8050的Pcm為0.625WPcmS8050 NPN型三極管參數(shù)0V1V

7、2V3V4V5V9VVo 集電極電壓（V）Ic 集電極電流（mA）Ib 基極電流(uA)基極回路源電壓Vb0.2VabIc Ib VO 放大區(qū)飽和區(qū)截止 狀態(tài) Vce最大，Ic最小約為0，則功耗較小 放大 狀態(tài) Vce較大，Ic也較大則功耗最大飽和狀態(tài)Vce最小約為0.2V0.3V，Ic最大，則功耗也較小功率計(jì)算公式：Pc = Ic x Vce截止區(qū)三極管功耗分析 三極管的特性三極管的使用三極管的重要參數(shù)目 錄 簡(jiǎn)易時(shí)間繼電器 Vo=Vc,即高電平 “1” Vo0,即低電平 “0” 迅速越過(guò)放大區(qū)，方可滿足開(kāi)關(guān)狀態(tài)三極管在何種狀態(tài)下滿足開(kāi)關(guān)狀態(tài)？ 兩種 狀態(tài) 關(guān)：1 開(kāi)：0 截止區(qū) 開(kāi)關(guān)應(yīng)用

8、(原理分析) 0V1V2V3V4V5V9VVo 集電極電壓（V）Ic 集電極電流（mA）Ib 基極電流(uA)基極回路源電壓Vb0.2VabVOIcIb截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū) 飽和區(qū) 開(kāi)關(guān)應(yīng)用(波形分析) 輸入Vi輸出Vobec R31KS8050R1 10K R2 4.7K+Vcc“0”(0V)Vo = Vcc “1”Ic = 0 截止態(tài)(a) 三極管開(kāi)關(guān)電路圖 R31KS8050輸入Vi輸出Vo(b) 三極管開(kāi)關(guān)等效電路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)應(yīng)用(波形分析) 輸入Vi輸出Vobec R31KS8050R1 10K R2 4.7K+Vcc(a) 三極管開(kāi)關(guān)電路圖+Vcc0V+Vcc0V輸入Vi輸出Vo(c

9、) 三極管開(kāi)關(guān)輸入輸出波形 相當(dāng)于一個(gè)反相器 R31KS8050輸入Vi輸出Vo(b) 三極管開(kāi)關(guān)等效電路“1”(5V)Vo = 0V“0”開(kāi)關(guān)閉合繼電器介紹 概 述 一類常見(jiàn)的電子控制器件 應(yīng) 用 應(yīng)用于各類自動(dòng)控制電路中 原 理 用較小的電流去控制較大的電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)” 組 成 具有控制系統(tǒng)（輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路） 作 用 在電路中起自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用 分 類 從制作工藝上來(lái)分，有電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、固態(tài)繼電器、磁簧繼電器、光繼電器等等 電磁式繼電器 支架 銜鐵 彈簧 電磁線圈 觸點(diǎn) 電氣符號(hào) 常閉端NC 公共端COM 常開(kāi)端NO 輸入 輸出 I工

10、作原理 當(dāng)輸入端1和2之間通過(guò)足夠大的直流電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生磁力可 吸引銜鐵，在公共觸點(diǎn)4離開(kāi)觸點(diǎn)3而與觸點(diǎn)5短接在一起； 當(dāng)撤銷輸入端電流時(shí)，電磁線圈失去磁性，在彈簧的作用下觸點(diǎn)4 彈回觸點(diǎn)3而與觸點(diǎn)5斷開(kāi)。 通常，控制輸入線圈的是低電壓mA級(jí)的信號(hào)，而輸出觸點(diǎn)與輸入之間是絕緣的，并且觸點(diǎn)能夠承受高電壓A級(jí)的強(qiáng)電信號(hào)，輸出功率與輸入功率之比可達(dá)千倍以上。開(kāi)關(guān)受控于電感線圈 小型繼電器實(shí)物圖 一些小型繼電器的實(shí)物照片 被封裝在透明殼內(nèi)的繼電器 線圈 底座 觸點(diǎn) 彈簧 驅(qū)動(dòng)繼電器(工作原理) 繼電器 工作原理 繼電器線圈需要流過(guò)較大電流(約50mA)才能使繼電器吸合，一般的集成電路不能提供這樣大

11、的電流，因此必須進(jìn)行擴(kuò)流，即驅(qū)動(dòng)。輸入VibecS8050R1 R2 4.7K+Vcc用NPN三極管驅(qū)動(dòng)繼電器電路圖DIN4007ON+Vcc0VOFF 1.繼電器吸合過(guò)程 2.續(xù)流二極管作用 3.R1、R2電阻取值續(xù)流二極管繼電器輸入Vi續(xù)流二極管becS8050R1 R2 4.7K+Vcc用NPN三極管驅(qū)動(dòng)繼電器電路圖DIN4007繼電器 1.繼電器吸合過(guò)程釋放+Vcc0VOFF驅(qū)動(dòng)繼電器(工作原理) 輸入Vi續(xù)流二極管becS8050R1 R2 4.7K+Vcc用NPN三極管驅(qū)動(dòng)繼電器電路圖DIN4007繼電器 1.繼電器吸合過(guò)程ON+Vcc0VOFF吸合驅(qū)動(dòng)繼電器(工作原理) 輸入Vi

12、becS8050R1 R2 4.7K+Vcc用NPN三極管驅(qū)動(dòng)繼電器電路圖DIN4007繼電器ON+Vcc0VOFFOFF 2.續(xù)流二極管作用關(guān)斷時(shí)線圈將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)三極管由飽和變?yōu)榻刂顾查g，繼電器電感線圈中的電流突然失去流通通路，從而在線圈兩端產(chǎn)生較大的反向電動(dòng)勢(shì)，極性為下正上負(fù)，可達(dá)100伏以上，足以損壞三極管為保護(hù)三極管，將開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)線圈所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)通過(guò)箭頭所指方向放掉，并使集電極對(duì)地電壓最高不超過(guò)(+Vcc)+0.7V驅(qū)動(dòng)繼電器(工作原理) 輸入VibecS8050R1 R2 4.7K+Vcc用NPN三極管驅(qū)動(dòng)繼電器電路圖DIN4007ON+Vcc0VOFF確保當(dāng)輸入為+Vcc時(shí)三

13、極管可靠飽和 3.R1、R2電阻取值IbIcs 飽和條件：例如：若Vcc=+5V,Ics=50mA,=100，且R2=4.7k，計(jì)算R1取值。.5V-0.7VR10.7V4.7K-0.5mA則：R1 驅(qū)動(dòng)繼電器(工作原理) 常見(jiàn)三極管(用途) 光電管 普通開(kāi)關(guān)管高頻放大管(貼片) 功率三極管(金屬) 陶瓷放電管中高頻放大管三極管的特性三極管的使用三極管的重要參數(shù)目 錄 簡(jiǎn)易時(shí)間繼電器RC充放電回路知識(shí)回顧 - - - - +- - - tVC0E放電曲線恒流E/R充電曲線實(shí)際充電曲線VCECKR12RC充放電回路 RC充放電波形 K打到1處，對(duì)電容器充電 K打到2處，電容器通過(guò)R放電充電放電

14、RC充放電回路串聯(lián)的電阻R越大，充電電流就越小，則充電時(shí)間就越長(zhǎng)； 電容量C越大，所需要的電荷量就越大（即儲(chǔ)能越多），充電時(shí)間就越長(zhǎng)。 這就是能夠用RC電路實(shí)現(xiàn)延時(shí)的理論依據(jù)使用RC電路實(shí)現(xiàn)延時(shí) - - - - +- - - tV0VCEKR12RC充放電回路 RC延時(shí)原理示意圖 負(fù)載 假設(shè) 開(kāi)關(guān)K初始狀態(tài)是接通2端點(diǎn)，電容C中初始電荷量為0； 在輸出級(jí)接入一個(gè)負(fù)載，這種負(fù)載的特點(diǎn)是存在一個(gè)反轉(zhuǎn)電壓，當(dāng) 輸入電壓低于或高于該反轉(zhuǎn)電壓值時(shí)，會(huì)被識(shí)別為0或1，而輸出不 同的狀態(tài)。T 輸入 VC 輸出 動(dòng)作閥值 初始狀態(tài)開(kāi)關(guān)由2轉(zhuǎn)向1當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到負(fù)載動(dòng)作閥值電壓時(shí)，負(fù)載識(shí)別為1輸入信號(hào)被延遲了

15、T簡(jiǎn)易時(shí)間繼電器原理 U1U2tRC電路輸出 電壓U1 三極管輸出 電壓U2 繼電器狀態(tài) RC電路 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 電路上電 +Vcc 初始狀態(tài)（上電瞬間）：電容中沒(méi)有存儲(chǔ)電荷，兩端壓差為零，三極管Q的輸入端為高電平(+Vcc)，三極管導(dǎo)通。 隨著電容中充入的電荷量越來(lái)越多，兩端的壓差也越來(lái)越大，三極管輸入端電壓也將越來(lái)越低，當(dāng)三極管中電流不足以維持繼電器吸合時(shí)，繼電器釋放。 初始狀態(tài)（上電瞬間）- - - - - - - +三極管中電流不足以維持繼電器吸合吸合 釋放 簡(jiǎn)易時(shí)間繼電器原理 U1U2tRC電路輸出 電壓U1 三極管輸出 電壓U2 繼電器狀態(tài) 按下按鍵 +Vcc 電容兩端壓差降為零，三極管Q的輸入端為高電平(+Vcc)，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合。- - - - - - - +吸合 釋放 按下按鍵電容放電時(shí)，限制放電電流不至過(guò)大而損壞電容簡(jiǎn)易時(shí)間繼電器原理 U1U2tRC電路輸出 電壓U1 三極管輸出 電壓U2 繼電器狀態(tài) 按下按鍵 +Vcc 電容兩端壓差降為零，三極管Q的輸入端為高電平(+Vcc)，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合。吸合 釋放