三极管饱和及深度饱和状态的理解和判断.pdf

三极管饱和及深度饱和状态的理解和判断 三极管饱和问题总结 1 在实际工作中 常用Ib V R作为判断临界饱和的条件 根据Ib V R算出的Ib值 只是使晶 体管进入了初始饱和状态 实际上应该取该值的数倍以上 才能达到真正的饱和 倍数越大 饱和 程度就越深 2 集电极电阻 越大越容易饱和 3 饱和区的现象就是 二个PN结均正偏 IC不受IB之控制 问题 基极电流达到多少时三极管饱和 解答 这个值应该是不固定的 它和集电极负载 值有关 估算是这样的 假定负载电阻是1K VCC是 5V 饱和时电阻通过电流最大也就是5mA 用除以该管子的 值 假定 100 5 100 0 05mA 50 A 那么 基极电流大于50 A就可以饱和 对于9013 9012而言 饱和时Vce小于0 6V Vbe小于1 2V 下面是9013的特性表 问题 如何判断饱和 判断饱和时应该求出基级最大饱和电流IBS 然后再根据实际的电路求出当前的基级电流 如果当前的基级 电流大于基级最大饱和电流 则可判断电路此时处于饱和状态 饱和的条件 1 集电极和电源之间有电阻存在 且越大就越容易管子饱和 2 基集电流比较大以使集电极 的电阻把集电极的电源拉得很低 从而出现b较c电压高的情况 影响饱和的因素 1 集电极电阻 越大越容易饱和 2 管子的放大倍数 放大倍数越大越容易饱和 3 基集 电流的大小 饱和后的现象 1 基极的电压大于集电极的电压 2 集电极的电压为0 3左右 基极为0 7左右 假设e极接 地 谈论饱和不能不提负载电阻 假定晶体管集 射极电路的负载电阻 包括集电极与射极电路中的总电阻 为 R 则集 射极电压Vce VCC Ib hFE R 随着Ib的增大 Vce减小 当Vce Ic max hFE Ic max 是指在假定e c极短路的情况下的Ic极限 当然这是以牺牲关断速度为代价 的 注意 饱和时Vb Vc 但Vb Vc不一定饱和 一般判断饱和的直接依据还是放大倍数 有的管子Vb Vc时还能 保持相当高的放大倍数 例如 有的管子将Ic Ib 10定义为饱和 Ic Ib 1应该属于深饱和了 从晶体管特性曲线看饱和问题 我前面说过 谈论饱和不能不提负载电阻 现在再作详细一点的解释 以某晶体管的输出特性曲线为例 由于原来的Vce仅画到2 0V为止 为了说明方便 我向右延伸到了4 0V 如果电源电压为V 负载电阻为R 那么Vce与Ic受以下关系式的约束 Ic V Vce R 在晶体管的输出特性曲线图上 上述关系式是一条斜线 斜率是 1 R X轴上的截距是电源电压V Y轴上 的截距是V R 也就是前面NE5532第2帖说的 Ic max 是指在假定e c极短路的情况下的Ic极限 这条 斜线称为 静态负载线 以下简称负载线 各个基极电流Ib值的曲线与负载线的交点就是该晶体管在 不同基极电流下的工作点 见下图 图中假定电源电压为4V 绿色的斜线是负载电阻为80欧姆的负载线 V R 50MA 图中标出了Ib分别等于 0 1 0 2 0 3 0 4 0 6 1 0mA的工作点A B C D E F 据此在右侧作出了Ic与Ib的关系曲线 根 据这个曲线 就比较清楚地看出 饱和 的含义了 曲线的绿色段是线性放大区 Ic随Ib的增大几乎成 线性地快速上升 可以看出 值约为200 兰色段开始变弯曲 斜率逐渐变小 红色段就几乎变成水 平了 这就是 饱和 实际上 饱和是一个渐变的过程 兰色段也可以认为是初始进入饱和的区 段 在实际工作中 常用Ib V R作为判断临界饱和的条件 在图中就是假想绿色段继续向上延 伸 与Ic 50MA的水平线相交 交点对应的Ib值就是临界饱和的Ib值 图中可见该值约为0 25mA 由图可见 根据Ib V R算出的Ib值 只是使晶体管进入了初始饱和状态 实际上应该取该值的数 倍以上 才能达到真正的饱和 倍数越大 饱和程度就越深 图中还画出了负载电阻为200欧姆时的负载线 可以看出 对应于Ib 0 1mA 负载电阻为80欧姆时 晶体管 是处于线性放大区 而负载电阻200欧姆时 已经接近进入饱和区了 负载电阻由大到小变化 负载线以 Vce 4 0为圆心呈扇状向上展开 负载电阻越小 进入饱和状态所需要的Ib值就越大 饱和状态下的C E压降也越大 在负载电阻特别小的电路 例如高频谐振放大器 集电极负载是电感线圈 直流电阻接近 0 负载线几乎成90度向上伸展 如图中的红色负载线 这样的电路中 晶体管直到烧毁了也进入不了饱 和状态 以上所说的 负载线 都是指直流静态负载线 饱和 都是指直流静态饱和 用三极管需要考虑的问题 1 耐压够不够 2 负载电流够不够大 3 速度够不够快 有时却是要慢速 4 B极控制电流够不够 5 有时可能考虑功率问题 6 有时要考虑漏电流问题 能否 完全 截止 7 一般都不怎么考虑增益 我的应用还没有对此参数要求很高 实际使用时 晶体管注意四个要素就行 0 1 0 3V振荡电路 0 65 0 7V放大电路 0 8V以上为开关电 路 值中放 高放为30 40 低放60 80 开关100 120以上就行 不必研究其它的 研究它的共价键 电 子 空穴没用 Vce VCC 电源电压 Vc 集电极电压 VCC Ic 集电极电流 Rc 集电极电阻 可以看出 这是一条斜率为 Rc的直线 称为 负载线 当Ic 0时 Vce Vcc 当Vce 0时 实际上正常工作 时Vce不可能等于0 这是它的特性决定的 Ic Vcc Rc 也就是说 Ic不可能大于这个数值 对应的基极 电流Ib Ic Vcc Rc 这就是饱和基极电流的计算公式 饱和分临界饱和和过度饱和两种状态 当Ib Vcc Rc时 三极管基本处于临界饱和状态 当基极电流大于此值的两倍 三极管就基本进入深度饱和状态 三极管深度饱和和临界饱和的Vce差很大 临界饱和压降大 但退出饱和容易 深度饱和压降小但不容易退出饱和 所以 不同用途选择的基极电流 是不一样的 还有 饱和压降和集电极电流有直接关系 集电极电阻越小 饱和集电极电流就越大 饱和压降越大 反 之也相反 集电极电阻越大 饱和集电极电流就越小 饱和压降越小 如果集电极电流5毫安时三极管饱 和 9013 9012之类的饱和压降一般不超过0 6伏 基极电流超过两倍Vcc Rc时 一般饱和压降就小到 0 3V左右了 转 这是我当年教电子技术时的一点心得 谈到三极管 初学的人很难理解 为了讲通讲透彻 我给学生 做了一个形象的比喻 三极管就是一个资本家 全课堂哄然 比如一个生产手机的资本家 生产一部手 机 原材料100元 售价400元 利润率400 相对于三极管的放大倍数就是4 原来一天生产100部 利 润好几万 资本家觉得这生意不错 想扩大利润 提高产能 改成一天生产200部 也就是三极管的输入电 流增加了 这时资本家发现了 利润成倍上涨 好啊 随即改成一天生产300部 后来改成一天生产400 部 500部 直到1000部 但是资本家很快发现 当产能超过800部时 利润就不再成比例上升了 而是 缓慢上升 超过1000部 利润根本就不上升 维持原样 这是因为产量太大 市场饱和 售价下降等等 这时三极管就进入了饱和状态 输入电流再怎么增加 输出电流也不会增加 由于经济危机 产品销售不 出去 资本家只好停产 每天一部也不生产 这时就相当于三极管进入截止状态 但是工厂总要维持 于 是 就每天卖点原材料 废旧设备 废材料 或者组织工人打扫卫生 清理仓库和车间 卖点破烂 好歹 每天能有点收益 这点收益就是三极管截止状态的漏电流 也就是说 输入端没有一点电流 输出端还是 有些微电流的 从这个过程 我们可以发现 其实资本家只是放大了利润 原材料变成了成品 这中间要 消耗大量的人力 脑力和电力 三极管与此类同 三极管电流放大其实放大的是三极管输入端的信号