议晶体三极管的工作状态

1、2012-07-19#2012-07-19#夏#红#钗#2施0晓12钟-07-19#议晶体三极管的工作状态浙 江 省 嵊 州 市 中 等 职 业 技 术 学 校浙江,嵊州 312400摘 要 用结偏置的判定法、电流关系判定法和电位判定法三种方法来判定晶体三极管的工作状态, 以及三极管的放大工作状态的应用、饱和与截止工作状态的应用电路。关键词 工作状态 发射结 集电结 放大 截止 饱和 反相器晶体三极管是电子线路中的一个重要元器件, 按半导体材料类型分类, 有 npn 型和 pnp 型; 可以用锗材料制造, 也可以用硅材料制造。 三极管的工作状态是正确地运用三极管的前提和基础。本文针对三极 管工

2、作状态的判断方法及在不同工作状态下三极管的应用作一个阐述。三极管根据发射结和集电结偏置状态的不同, 其工作状态可分为 截止、放大和饱和三种。怎样判定三极管处于何种工作状态可用下述 三种方法。一、三极管结偏置的判定法三极管发射结、集电结的偏置和管子工作状态的关系示于表一。三种判别方法中, 第三中常用于实验测定, 而第二种则常 用于解题过程中。下面用第二种判定法对三极管工作状态分析计算。例 1.npn 型三极管接成图例 1 所示的三种电路, 试分析电路中三极管处于何种工作状态。设 v 的 v =0.7v。be二、三极管电流关系判定法三极管的 电流和工作状态间的关系如表二所示。其中的参量 ibs称为

3、三极管临界饱和时基极应注入的电流, ibs 大小为ibs=( vcc- vces) /rc解:根据以上介绍的判定三极管工作状态的第二种方法, 通过比较基 极电流 ib 和 ibs 的大小来判定图 1 中的三极管 v 的状态。图 1 ( a )基极偏置电流 ib 为ib=( vcc- vbe) /rb=( 5- 0.7) /100=0.043ma=43ua临界饱和时的基极偏置电流 ibs 为ibs=( vcc- vces) /rc=( 5- 0.7) /40×2=0.54ma=54ua由于 ib< ibs, 故三极管 v 处在放大状态。通常对硅管而言, 临界饱和时三极管集电极、发

4、射极间的饱和压 降 vces=0.7v, 深饱和时的 vces0.10.3v。当基极偏置电流 ib*ibs时, 三极管 v 饱和, 而当 0< ib < ibs 时, v 处在放大状态。三、三极管电位判别法共射电路三极管基极电位 vb,态的关系, 表三所示。集电极电位 vc 和三极管工作状阶 段 参 考 pid 为 : 内 环 p=710, i=3040mins, d=1525secs; 外 环p=2040, i=1020mins, d=0secs。 第五阶段 高温保温阶段中升温阶段温度达到后, 进入高温保温阶段, 此时关闭蒸 汽阀和 冷却水阀, 釜内的聚合反应已经基本上结束, 整

5、个保温阶段釜温基本保持不变, 只需在检测到釜温超高到危险值时间歇开启大冷却水阀,保持釜温稳定。第六阶段 大冷却阶段高温保温阶段时间达到后, 进入大冷却阶段, 与低温加热 阶段一 样, 为了缩短降温时间以缩短聚合周期, 增加产量, 希望冷却速度越快 越好 , 因而 在该阶段实行位式控制 , 全 开大冷 却 水 阀 , 使 温 度 尽 快 下 降。釜温冷却到达到出料温度, 一个温控周期结束。三、总结与展望本方案在某工厂 eps 项目中实施应用, 控制效果较好、自动投运 率较高。通过专家经验控制方案的实施, 缩短了升温到恒温的时间, 使 低温升温到大冷却的整个过程, 由原来的 16 小时以上缩短为

6、1415 个小时, 提高了生产效率。虽然本方案取得了一些成果 , 但由于时间的限制, 许多工 作还来 不及展开, 还有很多细节有潜力可以挖掘, 包括对中温保温阶段的温 度控制精度、配方管理、区段变 pid 控制等, 可以作进一步的研究。第四阶段 中升温阶段低温保温时间达到后, 进入中升温阶段, 此时关闭冷却水阀门, 将 辅剂加入反应釜中, 进入自然升温, 当时间到达 h6 后 , 加入第二种辅 剂, 记录此时的釜温 th6, 此时需要对反应釜进行补温, 需要在 h7 时 间内将釜温由 th6 线性升到 t8。本方案仍然采用釜温外环、夹套内环的串级控制, 此时的执行机参考 资 料翁维 勤 、孙

7、洪 程 等 过 程 控 制 系 统 及 工程 化 学 工 业 出 版 社 2001构为蒸汽阀门, 温度设定值的目标函数为 : ty5=k5hx5+th6, 其中 k5=王常 力 廖 道 文 集 散 控 制 系 统 设 计 与应 用 清 华 大 学 出 版 社 19932012-0温72-139, 夹#套#温#度升#的#过#快#或过#慢,#都#不利#于#釜#温#的线#性2升0温1, 此2-07-19#2012-07-19#( t8- th6) /h7。该阶段中反应釜升温缓慢, 夹套温度基本上要求高于釜田华 蒋 慰 孙 间 歇 反 应 罐 的 智 能 控 制系 统 结 构 探 讨 化 工 自 动

8、化 及 仪 表 1992.2图 1 ( b )电路中考虑到三极管发射极有电阻 re, 故基极偏置电流 ib 的表 达式应为ib=( vcc- vbe) /( rb+( 1+) re) =( 12- 0.7) /( 100+( 1+50) ×0.1) =0.11ma而 ibs 的计算式为ibs( vcc- vces) /( rc+re) =( 12- 0.7) /50(/ 1.5+0.1) =0.14 ma由于 ib< ibs, 故图 1( b) 电路中三极管 v 也处在放大状态。图 1 ( c )电路讨论, 应分为 vi=0v 和 vi=3v 两种情况。当 vi=0v 时, 三

9、极管的发射结无正向偏置, 故三极管 v 处于截止状态。当 vi=3v 时, 可直接求得 ib, 即ib=( vi- vbe) /rb=( 3- 0.7) /30=0.077ma临界饱和基极偏置电流 ibs 为ibs( vcc- vces) /rc=(5- 0.7)/(35×2.5)=0.049 ma因 ib> ibs, 故图 1( c) 电路中的 v 处于饱和状态。三极管处于放大状态的电路通常为放大电路, 而三极管处于截止和饱和状态的电路常称为开关电路。前者主要应用与模拟电路中, 三 极管作为放大管使用; 而后者主要出现在数字电子电路中, 三极管作为开关管使用。作为放大管使用时

10、, 我们常采用硅管, 作为开关管使用 常采用锗管。下面以 npn 管单级共射放大电路为例说明三极管处于放大状态 时的工作原理。一个由三极管构成的放大电路对输入的交变信号能进行正常的放大需具备下述两个条件:( 1) 静态情况下, 即 v(s 或 vi) 为零时电路必须要有合适的静态工 作点, 使三极管处在正常的放大状态, 此时三极管的发射结 e 结需正向偏置, 集电结 c 结为反向偏置。( 2) 有信号输入时, 即 v(s 或 vi) 不为零时, 应保证交流信号能顺利进入三极管 v 的输入回路, 对于共射型电路而言, 信号应能进入三极 管 v 的基极 b 和发射极 e 之间。此外在输出端 vo

11、处应能得到不失真的放大了的信号。例 2. 工作稳定电路如下图 2, 已 知 三 极 管 v 的 vbe=0.7v, =50,rbb'=100, rb1=8k, rb2=2k, rc=2k, re=850, rl=3k,vcc=+12v。1.试计算静态工作点 q。2.试计算 av、ri、r0。2.参量 av、ri、ro 计算rbe= rbb'+(1+)26/ ieq=100+51×26/2=763av= - rl/rbe= - (rc rc)/rbe= - 50×( 23) /0.763= - 79ri= rb1rb2 rbe=820.763=0.517 kr

12、o= rc=2k根据第二 种 判 别 方 法 可 知 , ibq=40ua> 0, icqieq=ibq= 2 ma, 三极管处于放大工作状态。当信号 vi 输入时, vo 就能不失真地放大并从 rl 两端输出。三极管不但能组成放大电路 , 而且能组成常见的反相器 , 来实现输入信号的反相, 下面举例来分析, 看看三极管的工作状态。例 3.反相器电路如图 3 所示。+ vc=+12v, + vb=- 12v, r1=1.5k,r2=18k, rc=1k=30。设 v 管的 vces0.1v, vbe=0.7v。试问:1.当 vi 为何值时, v 管饱和。2.若 vi=0v, v0 电压值

13、为多大, v 管处于何种状态。解:1.设 v 管饱和, 则 vb=0.7vib= i1 - i2= vi b1b b2ibs=ec/rcibibs( - v ) /r - ( v +e ) /r( v - 0.7) /1.5-( 0.7+12) /1812/30i解 得 vi 2.36v, 当 vi 2.36v 时 , 三 极 管 v 饱 和 , 输 出 vo=vces0.1v=0v 为低电平。2.=0v当 vi时, ib 电流为ib= - i2= -( vb+eb) /r2= -( 0.7+12) /18-ib< 0 三极管 v 的发射结反偏, v 管截止。vbeec=12v若反相器输

14、入信号 vi 为脉冲信号, 输入输出波形图如下图 4。0.63ma即当 vi 为低电平时, v 管截止, vo 为高电平; 而当 vi 为高电平时, v管饱和, vo 为低电平, 这样就满足了输入输出的反相关系。从上面三极管的放大电路和反相器两种电路可以看出, 三极管的不同工作状态有不同的功能, 组成不同的电路。所以要灵活运用晶体 三极管, 就必须熟练地掌握上述三种判定三极管处于何种工作状态的方法, 这样才能正确分析三极管处于何种工作状态, 进而分析电子电 路的功能就事半功倍了。解:1.电路静态工作点 q 的计算vb= rb2(/ rb1+rb2) ×vcc=2(/ 8+2) 

15、15;12=2.4vve= vb- vbe=1.7v ieq=ve/re=1.7/0.85=2 maicqieq=2 maibq= icq/=40uavceq= vcc- icq .rc - ieq .revcc- icq ( rc + re) =12- 2×( 2+0.85) =6.参考 文 献1张龙 兴.电 子 技 术 基 础.高 等 教 育 出 版社,2001.2王克 义 , 李 洁. 电 子 技 术 数 字 电 路 基 础.北 京 大 学 出 版 社,1996. 3陈振 源 , 电 子 技 术 基 础.高 等 教 育 出 版社,2001.3v!"#科 技 博 览your request could not be processed because of a configuration error: "