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三极管的工作条件及工作状态的判断

发布时间: 2013-05-23 07:24:25     来源: EDA中国

三极管的工作条件及工作状态的判断

       晶体三极管简称为晶体管,它由两个PN结有机地结合在一起构成半导体器件,晶体管内部可分为三个区域(NPN型硅管或PNP型锗管),从三个区域各引出一个电极,称为发射级(e)、基级(b)和集电极(C),利用晶体管可以放大信号、高低频振荡、无触点开关等。下面来对晶体管工作的条件及工作状态的判断作以较深入些的学习与理解,这里仅扼要把上述两个问题剖析一下。

一、晶体管工作的条件

1.集电极电阻Rc:

      在共发射极电压放大器中,为了取出晶体管输出端的被放大信号电压Use(动态信号),需要在集电极串接一只电阻Rc。这样一来,当集电极电流Ic通过时,在Re上产生一电压降IcRc,输出电压由晶体管c-e之间取出,即Usc=Uce=Ec-IcRc,所以Use也和IcRc —样随输入电压Ui的发生而相应地变化。

2.集电极电源Ec(或Vcc):

      Ec保证晶体管的集电结处于反向偏置,使管子工作在放大状态,使弱信号变为强信号。能量的来源是靠Ec的维持,而不是晶体管自身。

3.基极电源Eb:

       为了使晶体管产生电流放大作用,除了保证集电结处于反向偏置外,还须使发射结处于正向偏置,Eb的作用就是向发射结提供正向偏置电压,并配合适当的基级电阻Rb,以建立起一定的静态基极电流Ib。当Vbe很小时,Ib=O,只有当Vbe超过某一值时(硅管约0.5V,锗管约0.2V,称为门槛电压),管子开始导通,出现Ib。随后,Ib将随Vbe增大而增大,但是,Vbe和Ib的关系不是线性关系:当Vbe大于0.7V后,Vbe再增加一点点,Ib就会增加很多。晶体管充分导通的Vbe近似等于一常数(硅管约0.5V,锗管约 0.5V)。

4.基极偏流电阻Rb:

      在电源Eb的大小已经确定的条件下,改变Rb的阻值就可以改变晶体管的静态电流Ib,从而也改变了集电极静态电流Ic和管压降Vce,使放大器建立起合适的直流工作状态。

二、晶体管工作状态的判断

       晶体三极管工作在放大区时,其发射结(b、e极之间)为正偏,集电结(b、c极之间)为反偏。对于小功率的NPN型硅,呈现为Vbe≈0.7V,Vbc<0V(具体数值视电源电压Ec与有关元件的数值而定):对于NPN型锗管,Vbe≈0.2V,Vbc<0V;对于PNP型的晶体三极管,上述电压值的符号相反,即小功率PNP型硅管Vbe≈-0.7V,Vbc>0V,对于小功率 PNP型锗管,Vbe≈-0.2V,Vbc>0V。如果我们在检测电路中发现晶体三极管极间电压为上述数值,即可判断该三极管工作在放大区,由该三极管组成的这部分电路为放大电路。

       另外,在由晶体管组成的振荡电路中,其三极管也是工作在放大区,但由于三极管的输出经选频谐振回路并同相反馈到其b、C极之间,使电路起振,那么b、e极之间的电压Ube,对于硅管来说就小于0.7V 了(一般为0.2V左右)。如果我们检测出Vbe<0.7V,且用导线短接选频谐振电路中的电感使电路停振时Vbe0.7V,则可判断该电路为振荡电路。

2.工作在截止区的判断:

三极管工作在截止区时,发射结与集电结均为反偏,而在实际的电路中,发射结也可以是零偏置。这样对于小功率NPN型三极管,呈现为Vbe≤0,Vbc<0V(具体数值主要决定于电源电压Ec);对于小功率NPN型三极管,呈现为Vbe≥OV,Vbc≥0V,此时的 Vce≈Ec,如果我们检测出电路中晶体三极管间电压为上述情况,则可判断该三极管工作在截止区。

3.工作在饱和区的判断:

     三极管工作在饱和区时,其发射结与集电结均为正偏。对于小功率NPN型硅管,呈现为Vbe多0.7V(略大于工作在放大区时的数值),Vbc>0V (不大于Vbe的值);对于小功率NPN型锗管,类似地有Vbe≥0.2V(略大于工作在放大区时的值),Vbc>OV (不大于Vbe的值)。对于PNP型的晶体管,上述电压值的符号相反,即小功率的PNP型硅管,Vbe≥-0.7V,Vb<0V(不小于Vbe的值;小功率PNP型锗管,Vbe≤-2V,Vbc<0V(不小于Vbe的值)。一般情况下,此时的Vce≈0.3V(硅管)或 Vce≈0.1V(锗管),如果我们检测出电路中的晶体三极管极间电压符合上述情况,则可判断该三极管工作在饱和区。

      需要指出一点的是:在有些电子电路中,如开关电路、数字电路等,三极管工作在截止区与饱和区之间相互转换,如附图所示。当A点为0V时,EB通过R1、R2分压使基极处于负电压,发射结反偏;同时集电结也是反偏的,那么三极管T截止;当A点输入为6V时,R1、R2分压使三极管发射结正偏,产生足够大的基极电流使三极管饱和导通,输出端L约为0.3V,此时集电结也为正偏。我们检测电路是否正常时,可以分别使A端输人0V与6V的电压,并分别测量两种情况下的三极管极间电压,看是否符合上述截止与饱和的情况,从而就可以判断该电路工作是否正常。


三、小结

      晶体三极管有三个工作区,即放大区、截止区、饱和区。电路设计时,可根据电路的要求,让晶体管工作在不同的区域以组成放大电路、振荡电路、开关电路等,如果三极管因某种原因改变了原来的正常工作状态,就会使电路工作失常;电子产品出现故障,这时就要对故障进行分析,首要的工作就是按前述方法检查三极管的工作状态。

       为了对晶体管工作在三个区域的情况有一个较明确的认识,附表列出了有关具体情况,供参考理解。对于具体的检测工作,要注意两点问题:一是最好使用内阻较大的数字万用表进行测量,以减少测量误差,同时避免直接测量时因万用表的内阻小引起三极管工作状态的改变;二是最好分别测量晶体三极管各极对地的电压,然后计算出Ube.Ubc或Uce的值,避免诱发电路故障的可能性。

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