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六月 10 2020

晶体管工作状态的判断


目录

1.工作条件
1.1集电极电源Ec(或Vcc)
1.2基极偏流电阻Rb
1.3集电极电阻Rc
1.4基极电源Eb
2.工作状态判断
2.1放大区
2.2截止区
2.3饱和区

  晶体管是模拟电路中基础的器件,是规范操作电脑,手机,和所有其它现代电子电路的基本构建块。由于其响应速度快,准确性高,晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能,包括放大,开关,稳压,信号调制和振荡器。晶体管可独立包装或在一个非常小的的区域,可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。晶体管有放大、饱和、截止三种工作状态,那么在放大电路中如何判断它处于何种工作状态?下面一起来看看:

  1.工作条件

  1.1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,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。

  1.2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。

  1.3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。

  1.4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=0,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)。

硅晶体管

硅晶体管

  2.工作状态判断

  2.1放大区

  晶体管工作在放大区时,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,即可判断该晶体管工作在放大区,由该晶体管组成的这部分电路为放大电路。

  另外,由晶体管组成的振荡电路中,也是工作在放大区,但由于晶体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Vbe≈0.7V,则可判断该电路为振荡电路。

  2.2截止区

  晶体管工作在截止区时,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型晶体管,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型晶体管,呈现为 Vbe≥0V,Vbc≥0V,此时的 Vce≈Ec,如果我们检测出电路中晶体管间电压为上述情况,则可判断该晶体管工作在截止区。

  2.3饱和区

  晶体管工作在饱和区时,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≈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≥0V (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管极间电压符合上述情况,则可判断该晶体管工作在饱和区。

  需要注意的是:在有些电子电路中,如开关电路、数字电路等,晶体管工作在截止区与饱和区之间相互转换,如图所示。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,那么晶体管T截止;当A点输入为6V时,R1、R2分压使晶体管发射结正偏,产生足够大的基极电流使晶体管饱和导 通,输出端L约为0.3V,此时集电结也为正偏。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晶体管极间电压, 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。

截止区与饱和区互换

  截止区与饱和区互换

  以上就是晶体管工作状态的判断介绍了。电路在设计时,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,如果晶体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晶体管的工作状态。

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