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  • 三極管飽和問題匯總
    • 發(fā)布時間:2021-04-16 16:49:26
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    三極管飽和問題匯總
    判斷三極管飽和時應(yīng)該求出基級最大飽和電流 IBS,然后再根據(jù)實(shí)際的電路求出當(dāng)前的基級電流,如果當(dāng)前的基級電流大于基級最大飽和電流,則可判斷電路此時處于飽和狀態(tài)。
    三極管飽和問題總結(jié):
    1. 在實(shí)際工作中,常用 Ib*β=V/R 作為判斷臨界飽和的條件。根據(jù) Ib*β=V/R 算出的 Ib 值,只是使晶體管進(jìn)入了初始飽和狀態(tài),實(shí)際上應(yīng)該取該值的數(shù)倍以上,才能達(dá)到真正的飽和;倍數(shù)越大,飽和程度就越深。
    2. 集電極電阻 越大越容易飽和;
    3. 飽和區(qū)的現(xiàn)象就是:二個 PN 結(jié)均正偏,IC 不受 IB 之控制
    問題:基極電流達(dá)到多少時三極管飽和?
    解答:這個值應(yīng)該是不固定的,它和集電極負(fù)載、β值有關(guān),估算是這樣的:假定負(fù)載電阻是 1K,VCC 是 5V,飽和時電阻通過電流最大也就是 5mA,用除以該管子的β值(假定β=100)5/100=0.05mA=50μA,那么基極電流大于 50μA 就可以飽和。
    對于 9013、9012 而言,飽和時 Vce 小于 0.6V,Vbe 小于 1.2V。下面是 9013 的特性表:
    三極管飽和
    問題:如何判斷飽和?
    判斷飽和時應(yīng)該求出基級最大飽和電流 IBS,然后再根據(jù)實(shí)際的電路求出當(dāng)前的基級電流,如果當(dāng)前的基級電流大于基級最大飽和電流,則可判斷電路此時處于飽和狀態(tài)。
    飽和的條件:1. 集電極和電源之間有電阻存在  且越大就越容易管子飽和;2. 基集電流比較大以使集電極的電阻把集電極的電源拉得很低,從而出現(xiàn) b 較 c 電壓高的情況。             
    影響飽和的因素:1. 集電極電阻 越大越容易飽和;2. 管子的放大倍數(shù)  放大倍數(shù)越大越容易飽和;3. 基集電流的大??;
    飽和后的現(xiàn)象:1. 基極的電壓大于集電極的電壓;2. 集電極的電壓為 0.3 左右,基極為 0.7 左右(假設(shè) e 極接地)
    談?wù)擄柡筒荒懿惶嶝?fù)載電阻。假定晶體管集 - 射極電路的負(fù)載電阻(包括集電極與射極電路中的總電阻)為 R,則集 - 射極電壓 Vce=VCC-Ib*hFE*R,隨著 Ib 的增大,Vce 減小,當(dāng) Vce<0.6V 時,B-C 結(jié)即進(jìn)入正偏,Ice 已經(jīng)很難繼續(xù)增大,就可以認(rèn)為已經(jīng)進(jìn)入飽和狀態(tài)了。當(dāng)然 Ib 如果繼續(xù)增大,會使 Vce 再減小一些,例如降至 0.3V 甚至更低,就是深度飽和了。以上是對 NPN 型硅管而言。
    另外一個應(yīng)該注意的問題就是:在 Ic 增大的時候,hFE 會減小,所以我們應(yīng)該讓三極管進(jìn)入深度飽和 Ib>>Ic(max)/hFE,Ic(max)是指在假定 e、c 極短路的情況下的 Ic 極限,當(dāng)然這是以犧牲關(guān)斷速度為代價的。
    注意:飽和時 Vb>Vc,但 Vb>Vc 不一定飽和。一般判斷飽和的直接依據(jù)還是放大倍數(shù),有的管子 Vb>Vc 時還能保持相當(dāng)高的放大倍數(shù)。例如:有的管子將 Ic/Ib<10 定義為飽和,Ic/Ib<1 應(yīng)該屬于深飽和了。
    從晶體管特性曲線看飽和問題:我前面說過:談?wù)擄柡筒荒懿惶嶝?fù)載電阻?,F(xiàn)在再作詳細(xì)一點(diǎn)的解釋。
    以某晶體管的輸出特性曲線為例。由于原來的 Vce 僅畫到 2.0V 為止,為了說明方便,我向右延伸到了 4.0V。
    如果電源電壓為 V,負(fù)載電阻為 R,那么 Vce 與 Ic 受以下關(guān)系式的約束:Ic = (V-Vce)/R
    在晶體管的輸出特性曲線圖上,上述關(guān)系式是一條斜線,斜率是 -1/R,X 軸上的截距是電源電壓 V,Y 軸上的截距是 V/R(也就是前面 NE5532 第 2 帖說的“Ic(max)是指在假定 e、c 極短路的情況下的 Ic 極限”)。這條斜線稱為“靜態(tài)負(fù)載線”(以下簡稱負(fù)載線)。各個基極電流 Ib 值的曲線與負(fù)載線的交點(diǎn)就是該晶體管在不同基極電流下的工作點(diǎn)。見下圖:
    三極管飽和
    圖中假定電源電壓為 4V,綠色的斜線是負(fù)載電阻為 80 歐姆的負(fù)載線,V/R=50MA,圖中標(biāo)出了 Ib 分別等于 0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、1.0mA 的工作點(diǎn) A、B、C、D、E、F。據(jù)此在右側(cè)作出了 Ic 與 Ib 的關(guān)系曲線。根據(jù)這個曲線,就比較清楚地看出“飽和”的含義了。曲線的綠色段是線性放大區(qū),Ic 隨 Ib 的增大幾乎成線性地快速上升,可以看出β值約為 200。蘭色段開始變彎曲,斜率逐漸變小。紅色段就幾乎變成水平了,這就是“飽和”。實(shí)際上,飽和是一個漸變的過程,蘭色段也可以認(rèn)為是初始進(jìn)入飽和的區(qū)段。在實(shí)際工作中,常用 Ib*β=V/R 作為判斷臨界飽和的條件。在圖中就是假想綠色段繼續(xù)向上延伸,與 Ic=50MA 的水平線相交,交點(diǎn)對應(yīng)的 Ib 值就是臨界飽和的 Ib 值。圖中可見該值約為 0.25mA。
    由圖可見,根據(jù) Ib*β=V/R 算出的 Ib 值,只是使晶體管進(jìn)入了初始飽和狀態(tài),實(shí)際上應(yīng)該取該值的數(shù)倍以上,才能達(dá)到真正的飽和;倍數(shù)越大,飽和程度就越深。
    圖中還畫出了負(fù)載電阻為 200 歐姆時的負(fù)載線??梢钥闯觯瑢?yīng)于 Ib=0.1mA,負(fù)載電阻為 80 歐姆時,晶體管是處于線性放大區(qū),而負(fù)載電阻 200 歐姆時,已經(jīng)接近進(jìn)入飽和區(qū)了。負(fù)載電阻由大到小變化,負(fù)載線以 Vce=4.0 為圓心呈扇狀向上展開。負(fù)載電阻越小,進(jìn)入飽和狀態(tài)所需要的 Ib 值就越大,飽和狀態(tài)下的 C-E 壓降也越大。在負(fù)載電阻特別小的電路,例如高頻諧振放大器,集電極負(fù)載是電感線圈,直流電阻接近 0,負(fù)載線幾乎成 90 度向上伸展(如圖中的紅色負(fù)載線)。這樣的電路中,晶體管直到燒毀了也進(jìn)入不了飽和狀態(tài)。以上所說的“負(fù)載線”,都是指直流靜態(tài)負(fù)載線;“飽和”都是指直流靜態(tài)飽和。
    用三極管需要考慮的問題:
    1)耐壓夠不夠
    2)負(fù)載電流夠不夠大
    3)速度夠不夠快(有時卻是要慢速)
    4)B 極控制電流夠不夠
    5)有時可能考慮功率問題
    6)有時要考慮漏電流問題(能否“完全”截止)。
    7)一般都不怎么考慮增益(我的應(yīng)用還沒有對此參數(shù)要求很高)
    實(shí)際使用時,晶體管注意四個要素就行:-0.1~-0.3V 振蕩電路, 0.65-0.7V 放大電路,0.8V 以上為開關(guān)電路,β值中放、高放為 30-40,低放 60-80,開關(guān) 100-120 以上就行,不必研究其它的,研究它的共價鍵、電子、空穴沒用
    Vce=VCC(電源電壓)-Vc(集電極電壓)=VCC-Ic(集電極電流)Rc(集電極電阻)。
    可以看出,這是一條斜率為 -Rc 的直線,稱為“負(fù)載線”。當(dāng) Ic=0 時,Vce=Vcc。當(dāng) Vce=0 時(實(shí)際上正常工作時 Vce 不可能等于 0,這是它的特性決定的),Ic=Vcc/Rc。也就是說,Ic 不可能大于這個數(shù)值。對應(yīng)的基極電流 Ib=Ic/β=Vcc/βRc,這就是飽和基極電流的計(jì)算公式。
    飽和分臨界飽和和過度飽和兩種狀態(tài)。當(dāng) Ib=Vcc/βRc 時,三極管基本處于臨界飽和狀態(tài)。
    當(dāng)基極電流大于此值的兩倍,三極管就基本進(jìn)入深度飽和狀態(tài)。三極管深度飽和和臨界飽和的 Vce 差很大。臨界飽和壓降大,但退出飽和容易;深度飽和壓降小但不容易退出飽和。所以,不同用途選擇的基極電流是不一樣的。
    還有,飽和壓降和集電極電流有直接關(guān)系。集電極電阻越小,飽和集電極電流就越大,飽和壓降越大。反之也相反(集電極電阻越大,飽和集電極電流就越小,飽和壓降越?。?。如果集電極電流 5 毫安時三極管飽和,9013、9012 之類的飽和壓降一般不超過 0.6 伏。基極電流超過兩倍 Vcc/βRc 時,一般飽和壓降就小到 0.3V 左右了。
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