三極管飽和及深度飽和狀態的理解和判斷
發布時間:2019-12-08
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三極管飽和及深度飽和狀態的理解和判斷
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三極管飽和問題總結:

1.在實際工作中,常用Ib*β=V/R作為判斷臨界飽和的條件。根據Ib*β=V/R算出的Ib值,只是使晶體管進入了初始飽和狀態,實際上應該取該值的數倍以上,才能達到真正的飽和;倍數越大,飽和程度就越深。

2.集電極電阻 越大越容易飽和;

3.飽和區的現象就是:二個PN結均正偏,IC不受IB之控制

問題:基極電流達到多少時三極管飽和?

解答:這個值應該是不固定的,它和集電極負載、β值有關,估算是這樣的:假定負載電阻是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:

問題:如何判斷飽和?

判斷飽和時應該求出基級最大飽和電流IBS,然后再根據實際的電路求出當前的基級電流,如果當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。

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 放大倍數越大越容易飽和;3.基集電流的大小;

飽和后的現象: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e極接地)

談論飽和不能不提負載電阻。假定晶體管集-射極電路的負載電阻(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Vce<0.6V時,B-C結即進入正偏,Ice已經很難繼續增大,就可以認為已經進入飽和狀態了。當然Ib如果繼續增大,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。

另外一個應該注意的問題就是:在Ic增大的時候,hFE會減小,所以我們應該讓三極管進入深度飽和Ib>>Ic(max)/hFE,Ic(max)是指在假定e、c極短路的情況下的Ic極限,當然這是以犧牲關斷速度為代價的。

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還是放大倍數,有的管子Vb>Vc時還能保持相當高的放大倍數。例如:有的管子將Ic/Ib<10定義為飽和,Ic/Ib<1應該屬于深飽和了。

從晶體管特性曲線看飽和問題:我前面說過:談論飽和不能不提負載電阻。現在再作詳細一點的解釋。

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,負載電阻為R,那么Vce與Ic受以下關系式的約束: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“靜態負載線”(以下簡稱負載線)。各個基極電流Ib值的曲線與負載線的交點就是該晶體管在不同基極電流下的工作點。見下圖:

圖中假定電源電壓為4V,綠色的斜線是負載電阻為80歐姆的負線,V/R=50MA,圖中標出了Ib分別等于0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、1.0mA的工作點A、B、C、D、E、F。據此在右側作出了Ic與Ib的關系曲線。根據這個曲線,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,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”。實際上,飽和是一個漸變的過程,藍色段也可以認為是初始進入飽和的區段。在實際工作中,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向上延伸,與Ic=50MA的水平線相交,交點對應的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Ib*β=V/R算出的Ib值,只是使晶體管進入了初始飽和狀態,實際上應該取該值的數倍以上,才能達到真正的飽和;倍數越大,飽和程度就越深。

圖中還畫出了負載電阻為200歐姆時的負載線。可以看出,對應于Ib=0.1mA,負載電阻為80歐姆時,晶體管是處于線性放大區,而負載電阻200歐姆時,已經接近進入飽和區了。負載電阻由大到小變化,負載線以Vce=4.0為圓心呈扇狀向上展開。負載電阻越小,進入飽和狀態所需要的Ib值就越大,飽和狀態下的C-E壓降也越大。在負載電阻特別小的電路,例如高頻諧振放大器,集電極負載是電感線圈,直流電阻接近0,負載線幾乎成90度向上伸展(如圖中的紅色負載線)。這樣的電路中,晶體管直到燒毀了也進入不了飽和狀態。以上所說的“負載線”,都是指直流靜態負載線;“飽和”都是指直流靜態飽和。

用三極管需要考慮的問題:

1)耐壓夠不夠

2)負載電流夠不夠大

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(我的應用還沒有對此參數要求很高)

實際使用時,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以上為開關電路,β值中放、高放為30-40,低放60-80,開關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“負載線”。當Ic=0時,Vce=Vcc。當Vce=0時(實際上正常工作時Vce不可能等于0,這是它的特性決定的),Ic=Vcc/Rc。也就是說,Ic不可能大于這個數值。對應的基極電流Ib=Ic/β=Vcc/βRc,這就是飽和基極電流的計算公式。

飽和分臨界飽和和過度飽和兩種狀態。當Ib=Vcc/βRc時,三極管基本處于臨界飽和狀態。

當基極電流大于此值的兩倍,三極管就基本進入深度飽和狀態。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,飽和壓降越小)。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。

三極管方面心得:

這是我當年教電子技術時的一點心得,談到三極管,初學的人很難理解,為了講通講透徹,我給學生做了一個形象的比喻:三極管就是一個資本家(全課堂哄然),比如一個生產手機的資本家,生產一部手機,原材料100元,售價400元,利潤率400%,相對于三極管的放大倍數就是4,原來一天生產100部,利潤好幾萬,資本家覺得這生意不錯,想擴大利潤,提高產能,改成一天生產200部,也就是三極管的輸入電流增加了,這時資本家發現了,利潤成倍上漲,好啊!隨即改成一天生產300部,后來改成一天生產400部、500部……直到1000部,但是資本家很快發現,當產能超過800部時,利潤就不再成比例上升了,而是緩慢上升,超過1000部,利潤根本就不上升,維持原樣,這是因為產量太大,市場飽和,售價下降等等,這時三極管就進入了飽和狀態,輸入電流再怎么增加,輸出電流也不會增加。

由于經濟危機,產品銷售不出去,資本家只好停產,每天一部也不生產,這時就相當于三極管進入截止狀態,但是工廠總要維持,于是,就每天賣點原材料、廢舊設備、廢材料,或者組織工人打掃衛生,清理倉庫和車間,賣點破爛,好歹每天能有點收益,這點收益就是三極管截止狀態的漏電流。也就是說,輸入端沒有一點電流,輸出端還是有些微電流的。從這個過程,我們可以發現,其實資本家只是放大了利潤,原材料變成了成品,這中間要消耗大量的人力、腦力和電力。三極管與此類同,三極管電流放大其實放大的是三極管輸入端的信號,輸出的是放大之后的信號,中間要消耗大量的電能,這些電能必須是直流電,例如電池或者整流后的交流電。跟資本家維持工廠運轉一樣,人力、腦力和電力要基本維持穩定,不能天天亂變。當然對于功率放大三極管,道理基本一樣,不過放大的是信號的電流和電壓,當然,投入的人力、腦力和電力仍舊是必不可少的。三個級,基極是采購,集電極是加工車間,發射極是銷售。

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