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      如何快速确定三极管的工作状态三极管的三种工作状态分析判断

      发表于 2019-05-03 17:42:00 收藏 已收藏
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      如何快速确定三极管的工作状态三极管的三种工作状态分析判断

      发表于 2019-05-03 17:42:00

      有放大、饱和、截止三种工作状态,放大电路中的三极管是否处于放大状态或处于何种工作状态,对于学生是一个难点。笔者在长期的教学实践中发现,只要深刻理解三极管三种工作状态的特点,分析电路中三极管处于何种工作状态就会容易得多,下面结合例题来进行分析。

      一、三种工作状态的特点

      1.三极管饱和状态下的特点

      要使三极管处于饱和状态,必须基极电流足够大,即IB≥IBS。三极管在饱和时,集电极与发射极间的饱和电压(UCES)很小,根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC,所以IBS=ICS/β=EC-UCES/β≈EC/βRC。三极管饱和时,基极电流很大,对硅管来说,发射结的饱和压降UBES=0.7V(锗管UBES=-0.3V),而UCES=0.3V,可见,UBE>0,UBC>0,也就是说,发射结和集电结均为正偏。三极管饱和后,C、E 间的饱和电阻RCE=UCES/ICS,UCES 很小,ICS 最大,故饱和电阻RCES很小。所以说三极管饱和后G、E 间视为短路,饱和状态的NPN 型三极管等效电路如图1a 所示。

      2.三极管截止状态下的特点要使三极管处于截止状态,必须基极电流IB=0,此时集电极IC=ICEO≈0(ICEO 为穿透电流,极小),根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC,集电极与发射极间的电压UCE≈EC。

      三极管截止时,基极电流IB=0,而集电极与发射极间的电压UCE≈ECO 可见,UBE≤0,UBC<0,也就是说,发射结和集电结均为反偏。三极管截止后,C、E 间的截止电阻RCE=UCE/IC,UCES 很大,等于电源电压,ICS 极小,C、E 间电阻RCE 很大,所以,三极管截止后C、E 间视为开路,截止状态的NPN 型三极管等效电路如图1b。

      3.三极管放大状态下的特点

      要使三极管处于放大状态,基极电流必须为:00,对硅管来说,发射结的压降UBE=0.7V(锗管UBE=-0.3V),三极管在放大状态时,集电极与发射极间的电压UCE>1V 以上,UBE>0,UBC<0,也就是说,发射结正偏,集电结反偏。三极管在放大状态时,IB 与IC 成唯一对应关系。当IB 增大时,IC 也增大,并且1B 增大一倍,IC 也增大一倍。所以,IC 主要受IB 控制而变化,且IC 的变化比IB 的变化大得多,即集电极电IC=β×IB。

      三极管三种工作状态的特点如附表所示。

      二、确定电路中三极管的工作状态

      下面利用三极管三种工作状态的特点和等效电路来分析实际电路中三极管的工作状态。

      例题:图2 所示放大电路中,已知EC=12V,β=50,Ri=1kΩ,Rb=220kΩ,Rc=2kΩ,其中Ri 为输入耦合电容在该位置的等效阻抗。问:1.当输入信号最大值为+730mV,最小值为-730mV 时,能否经该电路顺利放大?2.当β=150 时,该电路能否起到正常放大作用?

      分析:当向三极管的基极输入正极性信号时,其基极电流会增大,容易进入饱和状态;当向三极管的基极输入负极性信号时,其基极电流会减小,容易进入截止状态。因此,解决输入信号送入放大电路能否顺利放大,主要是检查最大值(一般为正极性)的输入信号、最小值(一般为负极性)的输入信号是否引起放大电路中三极管进入了饱和状态、截止状态,如果两种输入信号都没有使三极管进入饱和、截止状态,那么该范围的输入信号送入放大电路后能被顺利放大。如果两种输入信号使三极管进入饱和或截止状态,则不能顺利放大,会引起信号饱和失真或截止失真。

      解1:

      (1)当最大值信号(Ui=+730mV)输入时,假设会引起放大电路的三极管进入饱和状态,

      IB=I1+I2,利用戴维南定律,IB=(Ui-Ubss)/Ri+(Ec-Ubss)/Rb。

      在饱和状态下的三极管Ubss=0.7V,所以,三极管基极电流IB=(0.73-0.7)/1000+(120.7)/220000=30μ4+51.4μA=81.4μA,而三极管基极临界饱和电流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/β×RC,根据饱和状态下的三极管UCES=0.3V,所以,IBS=(12-0.3)/(50×2000)=117μA。

      根据以上计算可知:IB大值输入信号(Ui=+730mV)输入时,放大电路的三极管仍处于放大状态。(2)当最小值输入信号(Ui=-730mV)输入时,假设会引起放大电路的三极管进入截止状态,则等效电路如图4 所示。

      -Ec+IRc+IRi+Ui=0

      所以,I=(Ec-Ui)/(Rc+Ri)=[12-(-0.73)]/(1000+220000)=58μA,

      Uba=-IRb+Ec=-58μA×220000+12V=-0.76V。

      可知:Ube<0,根据三极管截止状态的条件UBE≤0,假设成立,即当最小值输入信号(Ui=-730mV)输入时,放大电路的三极管处于截止状态。综上所述,当最大值为730mV,最小值为-730mV 的输入信号输入时,该放大电路不能顺利放大。

      解2:当β=150 时,三极管基极临界饱和电流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/βRC=(12-

      0.3)/(150×2000)=39μA,而三极管的基极电流IB=(EC-UBEQ)/Rb=(12-0.7)/220000=51μA。

      根据以上计算可知:IB>IBS,根据三极管饱和状态的条件IB≥IBS,可知,电路中的三极管处

      于饱和状态,即该电路不能起到正常放大作用。

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