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[導(dǎo)讀]本文主要講解了NPN設(shè)計恒流源放電電路、PNP設(shè)計恒流源充電電路和三極管電路的計算方法。

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轉(zhuǎn)自:記得誠電子設(shè)計


三極管簡介
三極管是晶體管的一種,三極管的三個極分別是基極(Base)、發(fā)射極(Emitter)、集電極(Collector)。
如下是NPN三極管的等效電路,BE之間就是一個二極管,CE之間等效為一個可調(diào)電阻,阻值可以從若干歐到無窮大(開路)。
NPN的特征方程:
Ic=βib,NPN的Ib是從B到E,Ic是從C到E,β是三極管自身的放大倍數(shù),可認(rèn)為是取決于生產(chǎn)工藝的常數(shù),數(shù)值從幾十到數(shù)百倍之間。

需要注意的是,三極管只能依靠改變CE間等效電阻Rce來實(shí)現(xiàn)Ic=βib
如果Rce降到最小值,都實(shí)現(xiàn)不了Ic=βib,稱為“飽和”
如果Rce增到最大值,都實(shí)現(xiàn)不了Ic=βib,稱為“截止”
如果三極管實(shí)現(xiàn)Ic=βib,稱為三極管工作在放大區(qū)。
NPN三極管構(gòu)成的恒流源放電電路
如下,給一個充好電的電容接上一個電阻,放電電流為Ic=Uc/R,由于Uc是不斷降低的,所以放電電流不是恒定的。

下圖所示,為電容恒流放電電路,可以計算得到IC的值為1mA,與電容的電壓無關(guān)。
Ve=5-0.7V=4.3V
Ic≈Ie=Ve/Re=4.3/4.3=1mA
其中Ve=5-0.7V=4.3V是一定成立的,Ic≈Ie=Ve/Re等式成立的前提條件是三極管在放大區(qū),即Ic=βIb,由于β一般是100倍量級的,所以Ie=Ic+Ib≈Ic才成立。

求解三極管電路的步驟?

1. 先假定三極管工作在放大區(qū),滿足Ic=βIb和Ic≈Ie;
2. 然后再根據(jù)計算結(jié)果,反推Uce的取值是否合理,判斷之前的假設(shè)是否合理。
如下圖所示,假設(shè)電容上的電壓為10V,便可以得到Uce=10-4.3=5.7V,Rce=5.7V/1mA=5.7K,也就是可以這么理解,三極管把Rce調(diào)整為5.7K,就可使電容的放電維持在1mA。
同理,假設(shè)電容的電壓為8V時,可以得到Uce=8=4.3=3.7V,Uce這個電壓也是合理的,Rce=3.7K,也就是可以這么理解,三極管把Rce調(diào)整為3.7K,可使電容的放電維持在1mA。
當(dāng)電容上的電壓降低到3V,會得到Uce=3-4.3=-1.3V,顯然這是不合理的,也就是說Rce降低到0歐姆也滿足不了Ic=βIb
在認(rèn)為Uce可以降低到0V,可以計算出滿足恒流放電的最低電容電壓Ucmin=Ve=4.3V
綜上,當(dāng)電容電壓高于4.3V,三極管可工作在放大區(qū),可以恒流的給電容放電,當(dāng)電容電壓低于4.3V,三極管則工作在飽和區(qū)。
事實(shí)上,作為半導(dǎo)體,CE間的電阻遠(yuǎn)降不到0Ω,所以一般Uce電壓只能降到約0.2V,稱之為飽和管壓降Uces。
總結(jié):先假定三極管工作在放大區(qū),滿足Ic=βIb和Ic≈Ie;然后再根據(jù)計算結(jié)果,反推Uce的取值是否合理,Uce合理,原計算不用改動,如果不合理,三極管飽和了,則會多出Uce=0V或Uce=0.2V這樣的條件(看是否忽略飽和管壓降),同樣可以重新求解電路。

PNP三極管構(gòu)成的恒流源充電電路

利用NPN三極管是無法實(shí)現(xiàn)恒流源充電電路的,必須使用PNP三極管,如下是PNP三極管的等效電路圖。
PNP的特征方程
電流Ib是從E到B,Ic是從E到C。
PNP三極管設(shè)計電路原則
不建議直接用PNP管直接設(shè)計電路,而是先用NPN管設(shè)計電路,然后PNP管電路可以通過NPN管電路變換得來,變換原則如下:
1. 將VCC和GND對調(diào)。
2. 將電路中有方向性元件的正負(fù)方向?qū)φ{(diào)。
3. N管換成P管。
如下是將NPN三極管構(gòu)成的放電恒流源電路,改成PNP三極管后,得到的PNP三極管充電恒流源電路。

如下為恒流充電電路,負(fù)載為R,IC自上而下流過電阻R??梢杂嬎愕玫絀c為1mA,與負(fù)載R的阻值無關(guān),Ure=5=0.7V=4.3V,Ic≈Ie=Ure/Re=1mA。這個公式成立也需要三極管工作在放大區(qū),負(fù)載電阻越大,這個公式越不容易成立。

如下,當(dāng)負(fù)載電阻為1K,得到Vc=1V,Ve=15-Ure=15-4.3=10.7V,Uec=Ve-Vc=9.7V,這個9.7V電壓正常,所以三極管處在放大區(qū),1mA的恒流充電成立。
進(jìn)一步可以算出Rec=Vec/1mA=9.7K,也就是說,PNP三極管將Rec維持在9.7K,Ic可維持在1mA。

假設(shè)負(fù)載電阻為20K,可得Vc=20V,Ve=15-Ure=15=4.3=10.7V,Uec=Ve-Vc=10.7-20=-9.3V,顯然,Uec不合理,所以三極管處于飽和區(qū),1mA不成立。
如果忽略三極管的飽和管壓降Uces,此時實(shí)際電流Ic=Ve/R=10.7/20=0.5mA。

以上主要講解了NPN設(shè)計恒流源放電電路,PNP設(shè)計恒流源充電電路和三極管電路的計算方法。
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