三极管的工作原理和设计案例

第第页三极管的工作原理和设计案例

（工作原理）

1.1原理总结

首先说明下，之前学校的教材讲得很精辟，非常好，但实际应用中，如果再从这种很理论的基础去分析，多数载流子怎么流，少数载流子怎么流，让人很头痛！抛开上学（教程）材对三极管原理的分析，我们把它当成公理，直接拿出来用，总结如下：

1）三极管有三个极，发射极、基极、集电极，分别对应三个区：发射区、基区、集区。

三个区的功能：

发射区发射（电子）

集区收集发射区的电子

基区控制发射区发送到集区的电子的多少

因此，三极管是（电流）控制电流器件，即，通过基极电流控制集极的电流。

2）三极管有两二个PN结，发射结和集电结，这两个PN结的不同偏向状态，致使三极有四种不同工作模式：

发射结正偏，集电结正偏:饱和状态

发射结反偏，集电结反偏：截止状态

发射结正偏，集电结反偏：放大状态

发射结反偏，集电结正偏：倒置状态

说明：发射结正偏，集电结正偏:饱和（基电极电压不能高于集极电压，电流会从基极流向集极）

是不是不好记？

正正，饱和

反反，截止

正反，放大（发射正偏，集电结反偏）

第四种就不管了，因为很少用到，如果需要了解的，后面再专门对倒置进行说明下。

放大状态时，电流之前的关系：

2）（Ic）=β*Ib，特别说明，这个β值，不是个固定的值！

设计案例

1.2设计案例

以上是对教材里的总结，那么实际应用中，怎么理解呢？比如要设计一个电路（LED驱动）电路，（LED）点亮时，需要让三极管处于饱和状态，LED关闭时处于截止状态，如何（设计相关）参数呢？

图（1）

要分析原理，得了解下主要元件的规格参数。

1.2.1主要元件参数：

三极管型号：2N3904:主要参数有β，即hfe,从规格书中可以看出，这个值在VCE=1时，随IC的值不同而不同。

LED型号为：NCD0603R2，主要参数截图如下：

主要参数有，IF的极限值，VF的典型值，IF的最小电流（从伏安特性曲线中得到）

先说说各元件的作用：

R1是基极的限流（电阻），在实际应用中左侧的3V（电源）是（MCU）来驱动的，为保证三极管基极有一个稳定的状态，R3下的拉到GND,保证基极在MCU的IO口无驱动时，基极有一个稳定的状态。R2为限流电阻。

那么怎么知道LED点灯时，三极管就处于饱和状态呢？普通的0603的红色LED,点亮电流只需要大于2mA（方便计算）,电压大于2V就可以了，

再对各参数进行计算：

先确定IC,

要保证LED灯点亮，IC要大于1.5Ma,为方便计算，取2Ma,LED导通电压取2V,三极饱和导通时，VCE为0.3V,当R3的电阻确定，则IC的饱和电流是直接可以算出来了：

IC(sat)=(5-2-0.3)V/100R=0.027A=27mA

显然27mA超过了规格书极限参数了，那么R3需要加大，改为150R

IC(sat)=(5-2-0.3)V/15R=0.018A=18mA

再确定IB

当IC

（仿真）图：

实际仿真时，发现R1要小于8K才能饱和，可能是（Multisim）中的2N3904的参数与网上找的2N3904不一样，网上2N3904的型号有很多！

所以基极电阻一般选用一个1K的肯定能满足要求了，仿真如下图：

当三极管作电平转换时，如果基极电压高于集电压，如下图（截起友方N58的电平转换电路，其实是有问题的），出现三极管倒置情况。使用时要避免此种情况。

总结：

三极管（电路设计）步骤：

根据实际需求确认三极管的工作状态（实际应用99%当开关用，或间接作开关用）确定集电极电流IC，以便确定集电极的限流电阻等其它参数假定三极管处于饱和和放大的临界状态，此时VCE=0.3V,计算出IC根据电流IC,查找对应的hfe计算IB