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三极管工作状态的判定探讨

来源:  作者:程国鹏 刘伟峰  [字体: ]

  摘 要:对三极管放大作用的理解,切记一点:能量不会无缘无故的产生,所以,三极管一定不会产生能量。三极管是一个电流控制元件:它可以通过小电流控制大电流。根据其电流的大小可以判定不同的工作状态。
  关键词:三极管;电流控制;工作状态
  
  1 三种工作状态的特点
  
  1.1 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Is≥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

       
  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UBEC=0.7V(锗管UBEC=-0.3V),而UCES=0见,UBE>0,UBC>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RcEs=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C、E问视为短路,饱和状态的NPN型三极管等效电路如图1所示。

 
  1.2 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IS=0,此时集电极IC=ICEO≈0(ICEO穿透电流,极小),根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC,集电极与发射极间的电压UCE≈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UCE≈Ec。可见,UBE0,UBC<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。 
  1.3 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:0   UBE=0.7V(绪管)UBE=-0.3V,三极管在放大状态时,集电极与发射极间的电压UCE>1以上,UBE>0,UBC<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IB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,即集电极电流Ic=β×IB。
  三极管三种工作状态的特点如表1所示。
  
  2 确定电路中三极管的工作状态
  
  (1)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,R1=1kΩ,Rb=220kΩ,Rc=2KΩ,其中R.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,则等效电路如图2所示。

       
  根据以上 计算 可知:IB   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3所示。

  
  根据KVL定律(绕行方向、 参考 电流方向如图3),-EC+IRC+IRi+UIi=0,所以,I=(EC-Ui)/(RC+Ri)=[12-(-0.73)/](1000+220000)-58μA,Uce=IRC+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。
  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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