一文看懂三極管的截止、飽和

三極管的發明使人類真正進入了半導體時代,今天我們就來講一講如何在電子設計當中應用三極管。

相信大家都學過這個小玩意兒,三極管原理我想大家都知道,但是用三極管做過項目的同學就不多了,更多的小夥伴是學完之後就不管了,甚至連三極管的真身都沒有見過。

一文看懂三極管的截止、飽和

現在給大家展示如何使用三極管做電子開關。比如用三極管去控制一個電機、小燈或者小喇叭等等。

原理簡述


一文看懂三極管的截止、飽和

三極管是如何工作的呢?

原理很簡單,通過給B極施加電流,來控制流過C、E極間的電流。

下面通過三極管的兩個狀態來簡述三極管的工作原理。

為了讓大家更便於理解,這裡我們對三極管的型號不做要求,更多的是講述它的根本原理,而不是把時間在細枝末節上。

三極管一共有三個狀態,分別是截止狀態、飽和狀態和放大狀態

今天先講一下三極管的截止和飽和狀態,先不講放大狀態,我怕講多了,你們看到一半不耐煩,然後我文章的閱讀完成率會很低,這樣還會影響最終的閱讀量的不是,沒有閱讀量的話,我這也是拿不到頭條的收益的,所以大家要多花點時間讀完,這樣今晚的雞腿就有著落了^_^。

要知道三極管這點東西在課本上那是要講幾十頁的,所以我這裡就只講述核心思想。

截止狀態

如下圖所示,我們給三極管串聯了一個100Ω的電阻,然後給它加上12V的電壓,這時候這個三極管就處於截止狀態,因為此時C、E極之間是斷開的,沒有電流流過(其實此時也會有電流,只不過很小,小到可以忽略不計),造成這種情況的原因是B極是斷開的,沒有把這個三極管激活,它就會呈現這種截止狀態。

簡單吧,截止狀態我們就講完了。

然後再稍微延伸一點,如果此時繼續把12V增大呢?

比如說增大到100V或者1000V?

這時候三極管會被擊穿,會造成永久性的損壞,三極管也是有耐壓的,所以在使用三極管的時候一定要清楚它的參數。

一文看懂三極管的截止、飽和

飽和狀態

大家知道飽和是什麼意思嗎?

學過化學的應該都知道,最具代表性的就是鹽溶於水了,所謂飽和就是一直往水裡加鹽,一直加到鹽不溶於水為止,我們稱此時的狀態為飽和狀態。

三極管這個飽和狀態與鹽溶於水道理是一樣的。

下面來看看三極管是如何飽和的。

飽和狀態下,B極是有電流通過的。

現在,我們給B極通電,把它接在12V的電源上,中間串聯一個三極管來限流。

一文看懂三極管的截止、飽和

最開始,我們讓R2趨近於無窮大,這時候流過三極管B、E間的電流幾乎為0,此時三極管CE極電壓為12V,CE極之間沒有電流流過,此時三極管還是截止狀態。

接下來,我們開始減小R2的阻值,這時候流過B、E間的電流會開始增加,三極管這時就會被喚醒,CE極就會有電流流過,CE極電壓這時候也就不是12V了,它的電壓會隨著流過BE之間的電流增大而減小,CE極電壓越小,流過CE極的電流越大,為什麼呢?

因為R1和三極管是串聯,流過它們的電流肯定是一樣的,根據歐姆定律,我們可以計算出流過R1的電流。

計算方法:

電流 i=(12V-CE極之間的電壓)➗100

由此我們可以看出要使電流i增大的方法只有一個,那就是減小CE極之間的電壓。

怎麼減小CE極之間的電壓呢?

上面剛說了,增大BE之間的電流,而增大三極管BE極之間的方法是減小R2的阻值。

我們繼續讓BE極間的電流增大,此時三極管CE極之間的電壓繼續減小,這個CE極之間的電壓也不會一直隨著BE電流增大(只需要很小的電流就可以,一般幾毫安)而無限減小,等它減小到0.2V之後,後面即使你再增大BE電流,這個0.2V也基本上不會再減小了,我們就稱0.2V是它的飽和值。

飽和值的意義

當CE極電壓達到飽和值(0.2V)時,這個電路能獲得最大的輸出電流。

看公式就知道了

i=(12V-CE極之間的電壓)➗100

此時三極管的分壓在這裡都快可以忽略不計了,因為它的分壓太小了,99%的電壓都會施加在我們需要的負載上,三極管這時候承擔的是電子開關的作用。

當B極沒有電流時,三極管等於是斷路,此時沒有電流可以流過負載。

當B極有電流通過時(根據飽和狀態計算得來的),我們可以把三極管看做是短路,因為飽和電壓一般可以忽略,這時候可以看做是電源電壓直接施加給了負載,三極管在這裡僅僅充當電子開關的作用。

飽和曲線

下圖是流過CE極電流與BE極之間的關係,流過CE極的電流會隨著BE間的電流增大而增大,在達到飽和值之後,無論我們再怎麼增加BE間電流、CE間電流都不怎麼會變化了(變化微乎其微),且CE間電流不會超過120ma,你知道為什麼嗎?歡迎在下方留言,正確答案筆者都會給點贊!

一文看懂三極管的截止、飽和

應用場景

三極管的截止狀態和飽和狀態一般在電路中充當電子開關的作用。

截止狀態對應的是負載的關,而飽和狀態對應的負載的開!


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