模拟电子线路2.5 晶体三极管小信号电路模型
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【例4-1】电路如图所示,晶体管的β=100,U BE=0.7 V,饱和管压降U CES=0.4 V;稳压管的稳定电压U Z =4V,正向导通电压U D=0.7 V,稳定电流I Z=5 mA,最大稳定电流I ZM=25 mA。
试问:(1)当u I为0 V、1.5 V、25 V时u O各为多少?(2)若R c短路,将产生什么现象?【相关知识】晶体管工作状态的判断,稳压管是否工作在稳压状态的判断以及限流电阻的作用。
【解题思路】(1)根据u I的值判断晶体管的工作状态。
(2)根据稳压管的工作状态判断u O的值。
【解题过程】(1)当u I=0时,晶体管截止;稳压管的电流在I Z和I ZM之间,故u O=U Z=4 V。
当u I=15V时,晶体管导通,基极电流假设晶体管工作在放大状态,则集电极电流由于u O>U CES=0.4 V,说明假设成立,即晶体管工作在放大状态。
值得指出的是,虽然当u I为0 V和1.5 V时u O均为4 V,但是原因不同;前者因晶体管截止、稳压管工作在稳压区,且稳定电压为4 V,使u O=4 V;后者因晶体管工作在放大区使u O=4 V,此时稳压管因电流为零而截止。
当u I=2.5 V时,晶体管导通,基极电流假设晶体管工作在放大状态,则集电极电流在正电源供电的情况下,u O不可能小于零,故假设不成立,说明晶体管工作在饱和状态。
实际上,也可以假设晶体管工作在饱和状态,求出临界饱和时的基极电流为I B=0.18 mA>I BS,说明假设成立,即晶体管工作在饱和状态。
(2)若R c短路,电源电压将加在稳压管两端,使稳压管损坏。
若稳压管烧断,则u O=V CC=12 V。
若稳压管烧成短路,则将电源短路;如果电源没有短路保护措施,则也将因输出电流过大而损坏【方法总结】(1)晶体管工作状态的判断:对于NPN型管,若u BE>U on(开启电压),则处于导通状态;若同时满足U C≥U B>U E,则处于放大状态,I C=βI B;若此时基极电流则处于饱和状态,式中I CS为集电极饱和电流,I BS是使管子临界饱和时的基极电流。
测判三极管的口诀三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功,为了帮助读者迅速掌握测判方法,笔者总结出四句口诀:“三颠倒,找基极;PN结,定管型;顺箭头,偏转大;测不准,动嘴巴。
”下面让我们逐句进行解释吧。
一、三颠倒,找基极大家知道,三极管是含有两个PN结的半导体器件。
根据两个PN结连接方式不同,可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管,图1是它们的电路符号和等效电路。
测试三极管要使用万用电表的欧姆挡,并选择R×100或R×1k挡位。
图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。
由图可见,红表笔所连接的是表内电池的负极,黑表笔则连接着表内电池的正极。
假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型,也分不清各管脚是什么电极。
测试的第一步是判断哪个管脚是基极。
这时,我们任取两个电极(如这两个电极为1、2),用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻,观察表针的偏转角度;接着,再取1、3两个电极和2、3两个电极,分别颠倒测量它们的正、反向电阻,观察表针的偏转角度。
在这三次颠倒测量中,必然有两次测量结果相近:即颠倒测量中表针一次偏转大,一次偏转小;剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小,这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极(参看图1、图2不难理解它的道理)。
二、PN结,定管型找出三极管的基极后,我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型(图1)。
将万用表的黑表笔接触基极,红表笔接触另外两个电极中的任一电极,若表头指针偏转角度很大,则说明被测三极管为NPN型管;若表头指针偏转角度很小,则被测管即为PNP型。
三、顺箭头,偏转大找出了基极b,另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。
(1) 对于NPN型三极管,穿透电流的测量电路如图3所示。
根据这个原理,用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec,虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小,但仔细观察,总会有一次偏转角度稍大,此时电流的流向一定是:黑表笔→c 极→b极→e极→红表笔,电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”),所以此时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。
晶体三极管的开关电路和放大电路的工作过程晶体三极管是一种重要的半导体器件,常用于电子学中的开关和放大电路中。
它具有高频特性、低噪声以及较高的放大能力,因此被广泛应用于各种电子设备中。
下面我们来详细了解晶体三极管在开关电路和放大电路中的工作原理和过程。
一、晶体三极管的基本结构及工作原理晶体三极管由发射极、基极和集电极组成,通过控制发射极电流来实现对集电极电流的调控。
当在基极端加上一个小信号电压时,将使发射极与基极之间的耗尽层宽度发生变化,进而改变发射极电流,从而达到放大电压信号的目的。
1. 晶体三极管在开关电路中的工作过程晶体三极管可以作为一个二极管开关,用来控制电路的通断。
当在基极端加上一个正电压时,将使发射极-基极间的耗尽层封锁,导通电流,此时处于导通状态;当在基极端加上一个反向偏置电压时,将使发射极-基极间的耗尽层扩大,截至电流,此时处于截至状态。
晶体三极管可以根据基极端的输入信号来控制电路的开关状态。
2. 晶体三极管在放大电路中的工作过程晶体三极管可以作为放大器使用,用来放大小信号电压。
在放大电路中,通过在基极端施加一个交流信号电压,使得发射极-基极之间的电流产生相应变化,从而得到经放大的输出信号。
晶体三极管的放大能力由其电流放大倍数β来决定,β值越大,放大能力越强。
二、晶体三极管的开关电路和放大电路设计1. 晶体三极管开关电路设计晶体三极管开关电路常用于数字电路中,可以实现逻辑门、计数器等功能。
设计开关电路时需要合理选择电阻、电容等元件参数,以保证电路的稳定性和可靠性。
还需要注意控制信号的功率和频率范围,以满足具体应用的需求。
2. 晶体三极管放大电路设计晶体三极管放大电路常用于模拟电路中,可以实现音频放大、射频放大等功能。
设计放大电路时需要考虑输入输出阻抗的匹配、电压和电流的偏置设置、负载电阻的选择等因素,以提高电路的放大性能和线性度。
三、晶体三极管在实际电路中的应用晶体三极管广泛应用于各种电子设备中,如放大器、收音机、电视机、电脑等。
第2章 半导体三极管及基本放大电路– 51 – ① 频率失真。
一个实际的输入信号可分解成众多不同频率的正弦波。
当它通过放大器时,若放大器对各频率分量进行等增益放大,且引入零或180°相移或引入随频率变化的相移,则输出信号就能不失真的重现输入信号的波形,否则放大器就将产生失真。
其中,因幅频特性非恒值而产生的失真称为幅度失真,因相频特性非线性而产生的失真称为相位失真,它们通称为频率失真。
② 瞬变失真。
瞬变失真是指放大脉冲信号时,由于电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的输出波形失真。
必须指出,非线性失真和线性失真都会引起输出信号波形失真,但两者具有本质区别,线性失真仅使信号中各频率分量的幅度和相位发生变化,而不会产生新的频率分量;非线性失真则是由于产生了新的频率分量而造成的。
2.3.3 微变等效电路分析法用图解法进行交流分析具有直观的优点,但有其局限性,图解法较麻烦,而且输入信号过小时,作图的精度较低。
工程上更多采用晶体三极管的小信号等效电路模型进行近似的分析。
所谓“微变”,是指微小变化的信号,即小信号。
在低频小信号条件下,工作在放大状态的晶体三极管在放大区的特性可近似看成是线性的。
这时,具有非线性的晶体三极管可用一个线性电路来等效,称为微变等效模型。
1.晶体三极管微变等效电路当输入交流信号幅度很小时,放大电路在动态时的工作点只是在静态工作点Q 附近作微小变化。
此时,晶体三极管的特性可以认为在小范围内进行线性变化,即当u CE 为常数时,输入电压的变化量∆u BE (即交流量u be )与输入电流的变化量∆i B (即交流量i b )之比是一个常数,可用符号表示为 CE CE be BE be Bb ΔΔu u u u r i i ====常数常数 (2.42) 式中,r be 是输入晶体三极管在Q 点上的增量电阻,称为晶体三极管的输入电阻,其值与晶体三极管静态工作点Q 有关。
工程上r be 可用的公式为be bb e (1)r r βr '=++ (2.43) 式中,bb r '为晶体三极管的基区体电阻,对于低频小功率硅三极管,bb r '约为200Ω,r e 为发射结增量结电阻,又称为肖特基电阻。