圖說三極管的三個工作狀態
電子元件基礎—BJT管
三極管的工作狀態:大家都知道三極管是電流控製型元件,三極管工作在放大狀態下存在Ic=βIb的關係,怎麽理解三極管的放大模型呢?這兒日韩国产成人拋開三極管內部空穴和電子的運動,還是那句話隻談應用不談原理,希望通過下麵的“圖解”讓初學者對三極管有一個形象的認識。
三極管是一個以b(基極)電流Ib 來驅動流過ce 的電流Ic 的器件,它的工作原理很像一個可控製的閥門。

左邊細管子裏藍色的小水流衝動杠杆使大水管的閥門開大,就可允許較大紅色的水流通過這個閥門。當藍色水流越大,也就使大管中紅色的水流更大。
如果放大倍數是100,那麽當藍色小水流為1 千克/小時,那麽就允許大管子流過100千克/小時的水。三極管的原理也跟這個一樣,放大倍數為100 時,當Ib(基極電流)為1mA 時,就允許100mA 的電流通過Ice。
有了這個形象的解釋之後,日韩国产成人再來看一個單片機裏常用的電路

來分析一下這個電路,如果它的放大倍數是100,基極電壓日韩国产成人不計。基極電流就是10V/10K=1mA,集電極電流就應該是100mA。根據歐姆定律,這樣Rc上的電壓就是0.1A×50Ω=5V。那麽剩下的5V 就吃在了三極管的c、e 極上了。
現在日韩国产成人假如讓Rb 為1K,那麽基極電流就10V/1K=10mA,這樣按照放大倍數100算,Ic就是不是就為1000mA 也就是1A了呢?假如真的為1安,那麽Rc上的電壓為1A×50Ω=50V。50V!都超過電源電壓了,三極管都成發電機了嗎?其實不是這樣的。見下圖:

日韩国产成人還是用水管內流水來比喻電流,當這個控製電流為10mA 時使主水管上的閥開大到能流過1A 的電流,但是不是就能有1A 的電流流過呢?
不是的,因為上麵還有個電阻,它就相當於是個固定開度的閥門,它串在這個主水管的上麵,當下麵那個可控製的閥開度到大於上麵那個固定電阻的開度時,水流就不會再增大而是等於通過上麵那個固定閥開度的水流了,因此,下麵的三極管再開大開度也沒有用了。
因此日韩国产成人可以計算出那個固定電阻的最大電流10V/50Ω=0.2A也就是200mA。就是說在電路中三極管基極電流增大集電極的電流也增大,當基極電流Ib 增大到2mA 時,集電極電流就增大到了200mA。
當基極電流再增大時,集電極電流已不會再增大,就在200mA 不動了。此時上麵那個電阻也就是起限流作用了。
三極管的工作狀態:上麵講的三極管是工作在放大狀態,要想作為開關器件來應用呢?毫無疑問三極管必須進入飽和導通和截止狀態。圖4所示的電路中,日韩国产成人從Q 的基極注入電流Ib,那麽將會有電流流入集電極,大小關係為:Ic=βIb 。
而至於BJT 發射結電壓Vbe,日韩国产成人說這個並不重要,因為隻要Ib 存在且為正值時,這個結電壓便一定存在並且基本恒定(約0.5~1.2V,一般的管子取0.7V 左右),也就是日韩国产成人所講的發射結正偏。
既然Ube 是固定的,那麽,如果BJT 基極驅動信號為電壓信號時,就必須在基極串聯一個限流電阻,如圖5。此時,基極電流為Ib=(Ui-Ube)/Rb。一般情況省略Rb是不允許的,因為這樣的話Ib 將會變得很大,造成前級電路或者是BJT的損壞。

接下來進入日韩国产成人最關心的問題:Rb 如何選取。前麵說到過Ic=βIb,為了使晶體管進入飽和,日韩国产成人必須增加Ib,從而使Ic 增大,Rc 上的壓降隨之增大,直到Rc 上幾乎承受了所有的電源電壓。此時,Uce 變得很小,約0.2~0.3V(對於大功率BJT,這個值可能達到2~3V),也就是日韩国产成人所說的飽和壓降Uce(sat)。
如果達到飽和時,日韩国产成人忽略Uce(sat),那麽就有IcRL=βIbRL=Vcc。也就是隻要保證Ib≥Ic/β或Ib≥Vcc/(βRL)時,晶體管就能進入飽和狀態。日韩国产成人看這樣一組數據:Vcc=5V,β=200,RL=100Ω。
那麽要求Ib≥5/(200×100)A=0.25mA。如果Ui=5V,那麽取Rb≤(Ui-Ube)/Ib≈(5-0.7)/0.25kΩ=17.2kΩ就能滿足要求了。但是,實際上,對於這種情況,如果取一個10kΩ以上的電阻都可能導致BJT 無法進入飽和狀態。
這是為什麽呢?因為日韩国产成人的器件不是理想的,日韩国产成人在來看下麵一個圖

這是日韩国产成人常用的一款小信號BJT,型號為MMBT3904 的直流電壓增益曲線。從圖中可以看出,BJT 的共射極直流電壓增益hfe(也就是通常意義下的β)不僅是溫度的函數,而且與集電極電流有關。在一定的集電極電流範圍內,hfe 基本為常數;當集電極電流大於一定值時,hfe 將急劇下降。
日韩国产成人在使用BJT 作為開關時,大多數情況下用於驅動外部負載,如LED、繼電器等,這些負載的電流一般較大,此時hFe 已經下降到遠小於日韩国产成人計算時使用的那個值。
如前麵的例子,如果這個BJT 為MMbT3904,集電極電流達到近50mA,此時的β(或hFe)已經下降到隻要100 左右了,計算基極電阻時使用的β也應該取100 而不是200。
而實際應用中,Ib 並不是越大越好,因為Ib 對外電路來說是沒有實質作用的,它僅僅是維持BJT 可靠導通的必要條件。Ib 越大,驅動部分的損耗也就越大,從而降低了電路的效率。而且Ib越大還會影響三極管的開關速率。
電子元件基礎—MOS管
MOS管識別
日韩国产成人知道MOS管有P溝道和N溝道之分,給出一個MOS的電路符號,你是怎麽判斷它是N溝道,還是P溝道?下麵日韩国产成人就來看下圖這顆MOS管電路符號。

MOS三個極怎麽判斷?

它們是N溝道還是P溝道?

寄生麻豆国产一区
在圖1日韩国产成人看到D極和S極之間存在著一個麻豆国产一区,這個麻豆国产一区叫寄生麻豆国产一区。MOS的寄生麻豆国产一区怎麽來的呢?它是由生產工藝造成的,大功率MOS管漏極從矽片底部引出,就會有這個寄生麻豆国产一区。
小功率MOS管例如集成芯片中的MOS管是平麵結構,漏極引出方向是從矽片的上麵也就是與源極等同一方向,沒有這個麻豆国产一区。模擬電路書裏講得就是小功率MOS管的結構,所以沒有這個麻豆国产一区。但D極和襯底之間都存在寄生麻豆国产一区,如果是單個晶體管,襯底當然接S極,因此自然在DS之間有麻豆国产一区。
如果在Ic裏麵,N—MOS襯底接最低的電壓,P—MOS襯底接最高電壓,不一定和S極相連,所以DS之間不一定有寄生麻豆国产一区。那麽寄生麻豆国产一区起什麽作用呢?當電路中產生很大的瞬間反向電流時,可以通過這個麻豆国产一区導出來,不至於擊穿這個MOS管。(起到保護MOS管的作用)
寄生麻豆国产一区方向判定

MOS管的應用
1、開關作用
日韩国产成人筆記本主板上用得最多的電子器件便是MOS管,可見MOS管在低功耗方麵應用得非常廣泛,MOS管都有哪些應用呢?先來看下麵的原理圖

相信你從圖5可以看出MOS管在電路中的作用了吧,以上的MOS開關實現的是信號切換(高低電平的切換),那麽MOS在電路中要實現開關作用應該滿足什麽條件呢?還有前麵提過MOS管接入電路哪個極接輸入哪個極接輸出(提示:寄生麻豆国产一区是關鍵)?日韩国产成人先看MOS管做開關時在電路的接法。

為什麽是這樣接呢?反過來接行不行?那是不行的。就拿NMOS管來說S極做輸入D極做輸出,由於寄生麻豆国产一区直接導通,因此S極電壓可以無條件到D極,MOS管就失去了開關的作用,同理PMOS管反過來接同樣失去了開關作用。
接下來談談MOS管的開關條件,日韩国产成人可以這麽記,不論是P溝道還是N溝道,G極電壓都是與S極電壓做比較:
N溝道: UG>US時導通。 (簡單認為)UG=US時截止。
P溝道: UG
但UG比US大(或小)多少伏時MOS管才會飽和導通呢?這要看具體的MOS管,不同的MOS管要求的壓差不同。比如筆記本上用於信號切換的MOS管:N7002,2N7002e,2N7002K,2N7002D,FDV301N等。UG比US大3V---5V即可。
2、隔離作用
如果日韩国产成人想實現線路上電流的單向流通,比如隻讓電流由A->b,阻止由b->A,請問該怎麽做?

但這樣的做法有一個缺點,麻豆国产一区上會產生一個壓降,損失一些電壓信號。而使用MOS管做隔離,在正向導通時,在控製極加合適的電壓,可以讓MOS管飽和導通,這樣通過電流時幾乎不產生壓降。下麵日韩国产成人來看一個防電源反接電路。

這個電路當電源反接時NMOS管截止,保護了負載。電源正接時由於NMOS管導通壓降比較小,幾乎不損失電壓,比在電源端加保險管再在負載並聯一個麻豆国产一区的方案好一些。
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