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学透使用三极管 电路设计得心应手

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51hei小林 发表于 2016-10-20 13:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
你可能不相信,学透了三极管,在做电路设计的时候,真的会得心应手。

很多人已经从中受益,想不明白的事情,做出来就明白了。

上次张飞老师给大家讲了一节三极管的基础课,今天再来一节。

N管在电路中的开关应用

图1   N管

我们先讲解下N管。如图1所示,如果三极管工作在饱和区(完全导通),Rce≈0,Vce≈0.3V,且这个0.3V我们就认为它直接接地了,那么就需要让Ib大于等于1mA,若Ib=1mA,Ic=100mA,它的放大倍数β=100,三极管完全导通。所以,我们说Ib是一个弱电流弱信号,Ic是个强电流强信号。

我们之所以要使用三极管作为开关管用,这是为解决一些器件、传感器通过的电流值很小,一般不将它们直接作为公立器件串在负载中的,而只是作为一个开关量信号来控制负载的打开和关断。

比如,温控开关,这个在《热水循环泵》项目中有介绍过,它一般通上小于5mA的电流,所以不适合接到电路中直接控制电路中的负载。将这类器件接在N管的B极上,N管就能够作为一个开关管使用。

我们现在来分析图2 温度开关控制马达电路:


图2  温度开关控制马达电路


图2是温度开关控制马达转和停的电路图,温度开关相当于一个按键开关。温度开关它是一个弱信号的,它可以串在B极上,它不能串在Ic上。在B极串个开关,N管就能够做个开关管使用。图2 中的马达是一个直流有刷马达,只要正极接通12V,负极接地,马达就开始转。

电路的分析中三要素

在上一节我们讲过,电路的分析关键要抓住三要素:源、地、回路

在这个电路也是一样,从图2中可以看出一共有4个回路。首先,当温度开关导通,回路I流过的电流的为:



三极管CE完全导通,Vce≈0.3V,这时候,马达两端的电压压降接近12V,它就能够转动的,因为三极管be的导通后阻抗远远小于2K电阻R2,所以电流大部分流过三极管;当温度开关断开,那么这个时候,Ib上就没有电流,Ic上也没有电流,回路II不导通,12V的电压就不能够经过这上面流过。这是因为三极管是流控流型的,只有Ib上有电流,Ic在有压降上才会有电流。

由于温度开关在关断的瞬间,三级管Ib、Ic上的电流并不能够一下子降到零,而是慢慢降到零,这是制造工艺必然存在的,在这段时间,三极管是工作在放大区,是最容易受到干扰。

因此需要接个下拉电阻R2,这个电阻一是给三极管提供了个放电回路,二是为点A提供一个能量分散的通路。

我们现在来具体分析为什么这里需要接个下拉电阻。

首先如图3 所示三极管实际工艺制造模型,三极管BE、BC、CE之间分别有电容C1、C2、C3。这三个电容的存在一方面是我们不需要的,另一方面,又是工艺中无法避免克服的,是制造工艺过程中必然存在的现象。

我们把这种电容一般称之为杂散电容,或者说是寄生电容。由于有电容的存在,三极管势必有延时。当Ib上没有电流时,三极管上电容C1开始放电,形成回路I,这个时候B点的电压从0.7V降到0V,工作在放大区,最容易受到干扰,现在在C1两端加个电阻R2,电容上的电一部分就会从电阻R2上释放掉,并且电阻阻值越小,电容放电越快。因此,电阻R2给电容提供了一个通路释放电荷,大大减短了三极管工作在放大区的时间。




图3  三极管实际工艺制造模型

然后我们再来分析,为什么说电阻R2为点A提供了一个能量分散通路。

如图2所示,温度开关断开时,此时点A是悬空的,A点电压不确定,为高阻态(阻抗无穷大),容易出现误导通的现象,而且也容易受到周围环境干扰,比如静电、雷击等使器件永久损坏。

当使用环境出现雷击,高压静电等情况,在点A下拉一个电阻接到地,大部分电流就会顺着电阻流入地,给能量提供一个分散通路。

如果没有接这个电阻,当发生雷击时,由于A点左边阻抗无穷大,A点右边接三极管,阻抗相对左边来说是有限的、低的,因此电流会全部往阻抗低的方向跑,流入三极管,造成电流过大,把这器件永久性损坏。一般情况下,也即经验用法,这个电阻为2K。既要兼顾功耗,又要考虑电容放电。

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树叶的人生 发表于 2017-5-13 16:59 | 显示全部楼层
学习了,谢谢
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HUANGHFS 发表于 2017-5-14 21:59 | 显示全部楼层
受教了,希望可以多一些类似的题材。
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ICOM 发表于 2017-5-17 06:47 来自手机 | 显示全部楼层
太好了,通俗易懂,谢谢!!!
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liushuiwuqing 发表于 2017-5-27 22:07 | 显示全部楼层
已阅,谢谢!
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tthkl 发表于 2017-6-2 16:10 | 显示全部楼层
基础知识,讲的通俗易懂,谢谢了
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51求学 发表于 2017-7-1 12:14 | 显示全部楼层
易懂谢谢了,希望还会有更多的学习资料
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electronicnew 发表于 2017-7-6 20:36 | 显示全部楼层
楼主牛掰,好帖子
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15645411780 发表于 2017-7-7 20:15 | 显示全部楼层
楼主牛掰,好帖子
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黑凤梨2018 发表于 2018-6-28 13:23 | 显示全部楼层
有用有用的
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zhouqiang 发表于 2018-6-28 15:23 来自手机 | 显示全部楼层
学习了!
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13528441902 发表于 2019-1-29 13:53 | 显示全部楼层
我想问一下公式中的ib是怎么的出来的
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zhangkunjn 发表于 2019-2-14 20:07 | 显示全部楼层
13528441902 发表于 2019-1-29 13:53
我想问一下公式中的ib是怎么的出来的

12V电压除以10K电阻,忽略be压降
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