10年 硬件大牛带你玩转三极管分析与功能电路设计

三极管是一种控制电路电流的控制器件,把微弱信号放大为幅度较大信号,或者作为无触点开关用途。

首先,我们来了解下什么是三极管。三极管实际是PN结构成。通过图 2,我们能够观察到,它的内部是两个PN结。关于它的电路特性,在这里我就不详细讲解,我这里主要是从工程角度出发,去理解这么个三极管。

图1 三极管实物图和电路图形符号

如图1所示,这是一个TO-92封装的三极管,是个插件的。

图2 三极管基本结构和电气图形符号

像图2(a)所示的三极管,箭头从E极指向B极的,称之为P管,即P型的晶体管。我们再来看图2(b)所示的这个三极管,箭头是从B极指向E极的,箭头从里往外,我们称这个为N管,即N型晶体管。无论是P型还是N型的,都是差不多的。这里,主要讲讲N型三极管的。N型的三极管的图形符号如图3所示。

三极管有三根引脚:B是代表基极的、E是代表发射极的、C是代表集电极的。在正常一个电路中,我们一般情况下都是把E极接地的,B极接一个控制信号,C极接个负载,这个时候三极管作为开关状态下使用的。我们现在来看三极管是怎么工作的。

图3 N型三极管图形符号

下面,我们研究下三极管的特性。三极管是一个流控流型的晶体管。顾名思义,电流控制电流的。当BE之间流过一个电流的,如果C上是接电源的,那么CE之间也会流过一个电流的。我们把BE之间流过的电流称之为Ib,为基极电流,在C极(集电极)处,CE之间的电流称之为Ic。也就是说,Ib有电流的时候,IC也是有电流的;IC没有电流,IC也是没有电流的。也就是用Ib的电流来控制Ic的电流,这是三极管的第一个特性——流控流型。

第二个特性,三极管具有放大功能。比如Ib上流过1mA的电流,那么在Ic流过的电流的大小是成倍于Ib上的电流放大,而且放大倍数是90~100倍,即Ic=100Ib。这是由三极管自身的特性所决定的。

第三个特性,当E极接地,如果Ib足够大,那么Ic就更加的大,这就预示着Rce之间的电阻就更加的小。因为电流越大,电阻就越小。小到我们近似的认为CE之间是短路的。Ib电流大到什么时候,我们认为CE之间的电流是短路的呢?我们一般认为是Ib为1mA的时候。就是说,当Ib >=1mA的时候,Rce≈0,Vce≈0.3V。接下来,还有一个特征。

第四个特性,当Ib >= 1mA,Vbe = 0.7V。这时候,我们认为,这个三极管是完全打开的。它就是起一个开关作用,Ic=100mA,Rce≈0,Vce≈0.3V,Vbe=0.7V。

第五个特性,要想让三极管完全导通,必须要让Vbe两端加一个大于0.7V的电压,三极管才完全导通。如果Vbe两端的电压小于0.7V,那么三极管就没能完全导通,Ic的电流也就不会最大,Rce上就有电阻,而在Vce上就会产生一个分压。这个分压值就等效为一个电阻,随着Ib的增大,Vce就会越来越小。

这些是三极管很重要的特性。有了这些特性,我们就能够很好的分析电路,设计电路。

我们先分析一个简单的线性电源电路中三极管在其中的作用,之后再分析三极管作为开关管、控制管等等的电路;最后根据实际问题,灵活运用三极管的特性解决实际问题。首先掌握分析判断出这部分或这一模块电路实现什么功能,然后学会根据功能应用三极管设计电路。

线性电源--放大管

图4 5V线性电源

【分析】分析电路,关键抓住三大要素:源(电源)、地、回路。如图4所示是一个5V的线性电源。我们来看,由于CB之间是不能够导通的,那么电流从12V的电压流出,流过1.8K的电阻R1,在流过5.6V的稳压管到地形成回路I。那么此时在电阻R1两端的电压差为6.4V,6.4/1.8=3.56mA,大于2mA。我们知道,当稳压管的负端向正端流过一个大于2mA的电流,那么在稳压管的两端就会出现一个稳定的电压,所以,这个稳压管就形成了5.6V的电压。

稳压管两端产生5.6V的电压,然后通过BE,通过负载R,形成图4所示的回路II。那么就会产生个Ib,Ib上有一个电流,Ic上也流过一个电流。当Ib增到足够大,大于1mA,能够使Vbe的电压大于0.7V,而实际上只要大于0.6V就可以了,这时候,三极管就完全导通。因此,在右上角就会形成一个5V的电压。这个5V电压的形成是由于Vbe上有一个0.6V的压降,5.6-0.6=5V。就形成这么一个5V的电压。完全导通时Rce就近似为0,此时CE短路了,12V就会通过三极管完全过来,那么此时E点的电压不就是12V了?不是5V了。

当E点为12V时,E点电位就会超过B点的电位,这时候,Vbe之间的电压就小于0.6V,此时三极管就关闭了。Ib就没有电流了,Ic也没有电流流过,这时E点的电压就会开始急剧下降,当下降到5V的时候,Vbe的电压又等于0.6V了,三极管又完全导通了。这时E点的电压就开始往上升,Vbe之间的电压又开始小于0.6V并往逐渐减小,CE之间的阻抗作用越来越大,直到三极管关闭。这样周而复始,最后使E点电压稳定在5V。这个电路最终就形成的是一个负反馈的负载电路。也就是说,这个电阻是接在E极上的,它有负反馈作用,通过它上面的电压一会儿增,一会儿降,来控制Ib,也同时控制了Ic,最终让E点电压稳定在5V。

为了帮助大家系统地学习硬件电路设计,编者准备了一份超级系统的硬件基础知识+电路项目设计实战资料合集,给大家完整学习硬件电路产品研发的全过程。通过内容的系统学习,帮您从0到1系统梳理硬件工程师基础知识理论:读懂元器件、看清楚电路、会做需求分析、产品性能设计、学会分析设计电路、掌握单元电路、集成电路及复杂电路设计、能够独立设计电路,做产品项目研发,成为独当一面的硬件研发工程师!

1000+份硬件工程师经典进阶必学资料

工程师实用精选电路(晶体管电路+功放电路+IC电路)TOP

元器件大集锦(基础理论知识+选型手册+识别检测+应用样本电路等)

百例经典单元电路设计(滤波电路+无源RC电路+延时电路+线性/TL431电源电路等)

1000+例集成电路设计详解(运放电路+比较器电路+半桥驱动电路+CD4013电路)

200+份经典无刷/有刷电机设计项目方案(BLDC+PMSM+FOC矢量控制)

硬件工程师必学全阶(初中高级)经典入门提升教程

硬件电路设计项目原理图大全

(0)

相关推荐

  • 三极管截止条件

    截止状态: 三极管基极不加偏置电压或是加反向偏置电压,使BE极截止(BE极与二极管特性相同,需加上0.7V的正向偏压才能导通),基极电流IB=0,因为IC=β IB,所以IC=IE=0,此时CE极之间 ...

  • 「连载」10年 硬件大牛带你玩转三极管分析与功能电路设计(二)

    N 管在电路中的开关应用 我们先讲解下N管.如图1所示,如果三极管工作在饱和区(完全导通),Rce≈0,Vce≈0.3V,且这个0.3V我们就认为它直接接地了,那么就需要让Ib大于等于1mA,若Ib= ...

  • 海外线上之旅 | UCL大牛带你玩转AR技术,带给你与众不同的设计方式

    在过去的十年中,由于数字化制造技术(例如机器人制造和3D打印)的日益成熟,我们见证了自动化构造的飞速发展.尽管这些进步为建筑师提供了前所未有的精确度和对设计实现的控制,但机器人生产的人工制品却缺乏传统 ...

  • 这10种基础变化带你玩转乒乓球推挡技术!

    推挡技术是在'挡'的基础上发展起来的,属借力与自发力的合力回球的一种既可防守和控制,又可辅助进攻的一种基本功底. 1.反手正面挡 站位稍偏左,距台45-1375px:双脚分开略比肩宽,左脚稍前,双足跟 ...

  • 10招带你玩转职场Excel,先收藏备用吧

    [温馨提示]亲爱的朋友,阅读之前请您点击[关注],您的支持将是我最大的动力! 春节过后,返回工作岗位,是不是又要面对满屏的表格.数据了? 上班综合症复发了吧!但是工作要干,薪水要有,为了生活继续努力 ...

  • 10招带你玩转Excel数据透视表

    Excel之家ExcelHome 4天前 以下文章来源于Excel学习营 ,作者心电感应 小伙伴们好! 今天和大家分享10个Excel数据透视表实战技巧,助力大家提高工作效率. 数据透视表学习起点低, ...

  • 10个热门市场,10大老商带队!带你玩转2020中国热泵展

    2020年7月30日-8月1日,第10届中国热泵展将继续在上海举办. 本次展会,将重点展示14大创新方向,分别为:商用/集中供暖.分户采暖.农业大棚恒温.畜牧养殖恒温.两联供.水地源热泵.地热井改造. ...

  • 这10个小妙招,带你玩转Excel数据透视表(下)

    上次我们讲了10个小妙招,带你玩转Excel数据透视表(上)这次我们把剩下的几个小妙招给补上 6 多行多列提取不重复姓名 在多行多列的值班表中,如何提取出不重复的名单呢? 依次按下 Alt D P键, ...

  • 这10个小妙招,带你玩转Excel数据透视表(上)

    小伙伴们好啊,数据透视表大家都听说过吧,操作简单,汇总方便,拖动几下鼠标就可以完成数据的分析汇总.今天小白办公网就和大家分享一组数据透视表的使用技巧. 1 创建动态数据范围的数据透视表 默认情况下生成 ...

  • 10个飒爽英姿的带会字小男孩名字,真的很美

    <吉生起名>起名小程序,中文名. 英文名.乳名小名,查重名.查汉字五行,免费查! 名字不仅仅是用来称呼的代号,还寄托着父母的爱与期望.俗话说:"雁过留声,人过留名."一 ...