三極管的工作原理和設(shè)計案例

第第頁三極管的工作原理和設(shè)計案例

（工作原理）

1.1原理總結(jié)

首先說明下，之前學(xué)校的教材講得很精辟，非常好，但實(shí)際應(yīng)用中，如果再從這種很理論的基礎(chǔ)去分析，多數(shù)載流子怎么流，少數(shù)載流子怎么流，讓人很頭痛！拋開上學(xué)（教程）材對三極管原理的分析，我們把它當(dāng)成公理，直接拿出來用，總結(jié)如下：

1）三極管有三個極，發(fā)射極、基極、集電極，分別對應(yīng)三個區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集區(qū)。

三個區(qū)的功能：

發(fā)射區(qū)發(fā)射（電子）

集區(qū)收集發(fā)射區(qū)的電子

基區(qū)控制發(fā)射區(qū)發(fā)送到集區(qū)的電子的多少

因此，三極管是（電流）控制電流器件，即，通過基極電流控制集極的電流。

2）三極管有兩二個PN結(jié)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，這兩個PN結(jié)的不同偏向狀態(tài)，致使三極有四種不同工作模式：

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏:飽和狀態(tài)

發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏：截止?fàn)顟B(tài)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏：放大狀態(tài)

發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏：倒置狀態(tài)

說明：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏:飽和（基電極電壓不能高于集極電壓，電流會從基極流向集極）

是不是不好記？

正正，飽和

反反，截止

正反，放大（發(fā)射正偏，集電結(jié)反偏）

第四種就不管了，因?yàn)楹苌儆玫剑绻枰私獾?，后面再專門對倒置進(jìn)行說明下。

放大狀態(tài)時，電流之前的關(guān)系：

2）（Ic）=β*Ib，特別說明，這個β值，不是個固定的值！

設(shè)計案例

1.2設(shè)計案例

以上是對教材里的總結(jié)，那么實(shí)際應(yīng)用中，怎么理解呢？比如要設(shè)計一個電路（LED驅(qū)動）電路，（LED）點(diǎn)亮?xí)r，需要讓三極管處于飽和狀態(tài)，LED關(guān)閉時處于截止?fàn)顟B(tài)，如何（設(shè)計相關(guān)）參數(shù)呢？

圖（1）

要分析原理，得了解下主要元件的規(guī)格參數(shù)。

1.2.1主要元件參數(shù)：

三極管型號：2N3904:主要參數(shù)有β，即hfe,從規(guī)格書中可以看出，這個值在VCE=1時，隨IC的值不同而不同。

LED型號為：NCD0603R2，主要參數(shù)截圖如下：

主要參數(shù)有，IF的極限值，VF的典型值，IF的最小電流（從伏安特性曲線中得到）

先說說各元件的作用：

R1是基極的限流（電阻），在實(shí)際應(yīng)用中左側(cè)的3V（電源）是（MCU）來驅(qū)動的，為保證三極管基極有一個穩(wěn)定的狀態(tài)，R3下的拉到GND,保證基極在MCU的IO口無驅(qū)動時，基極有一個穩(wěn)定的狀態(tài)。R2為限流電阻。

那么怎么知道LED點(diǎn)燈時，三極管就處于飽和狀態(tài)呢？普通的0603的紅色LED,點(diǎn)亮電流只需要大于2mA（方便計算）,電壓大于2V就可以了，

再對各參數(shù)進(jìn)行計算：

先確定IC,

要保證LED燈點(diǎn)亮，IC要大于1.5Ma,為方便計算，取2Ma,LED導(dǎo)通電壓取2V,三極飽和導(dǎo)通時，VCE為0.3V,當(dāng)R3的電阻確定，則IC的飽和電流是直接可以算出來了：

IC(sat)=(5-2-0.3)V/100R=0.027A=27mA

顯然27mA超過了規(guī)格書極限參數(shù)了，那么R3需要加大，改為150R

IC(sat)=(5-2-0.3)V/15R=0.018A=18mA

再確定IB

當(dāng)IC

（仿真）圖：

實(shí)際仿真時，發(fā)現(xiàn)R1要小于8K才能飽和，可能是（Multisim）中的2N3904的參數(shù)與網(wǎng)上找的2N3904不一樣，網(wǎng)上2N3904的型號有很多！

所以基極電阻一般選用一個1K的肯定能滿足要求了，仿真如下圖：

當(dāng)三極管作電平轉(zhuǎn)換時，如果基極電壓高于集電壓，如下圖（截起友方N58的電平轉(zhuǎn)換電路，其實(shí)是有問題的），出現(xiàn)三極管倒置情況。使用時要避免此種情況。

總結(jié)：

三極管（電路設(shè)計）步驟：

根據(jù)實(shí)際需求確認(rèn)三極管的工作狀態(tài)（實(shí)際應(yīng)用99%當(dāng)開關(guān)用，或間接作開關(guān)用）確定集電極電流IC，以便確定集電極的限流電阻等其它參數(shù)假定三極管處于飽和和放大的臨界狀態(tài)，此時VCE=0.3V,計算出IC根據(jù)電流IC,查找對應(yīng)的hfe計算IB