一个NPN三极管,集电极接5V,能否用12V接到基极去控制三极管的导通。求解?

用户23418384042


提问者问,将一个NPN型三极管的集电极接5V电压,能否用12V接到三极管的基极去控制其导通?这要看实际情况而定,若该三极管的集电极直接接5V电源,基极直接接12V电压,管子很快就会被烧坏。若管子的基极和集电极采取有限流措施,则完全可以正常工作。




一般用基极信号去控制NPN型三极管的导通,可以按上图所示电路连接。被控负载RL接在三极管的集电极和+5V电源之间,基极通过限流电阻接12V控制电压,这样当Vin端控制电压为0V时,三极管基极无控制信号,管子处于截止状态,RL不工作。当Vin端有12V控制电压时,管子的基极获得偏流而饱和导通,此时5V电压通过三极管的c-e两极加至RL两端。

三极管导通后,流过管子的集电极电流由RL决定,但RL的阻值不能过小,否则流过管子的集电极电流会超过三极管的最大集电极允许电流Icm,这样三极管就会被烧坏。譬如NPN型三极管3DG6的Icm只有20mA,若将该管直接接5V电源,则管子导通后,将会因流过管子的集电极电流过大而烧坏。


在三极管作为电子开关使用时,管子的基极一般都要加限流电阻,若直接接控制信号电压,可能会损坏管子的发射结。譬如上图中若不加电阻Rb,而直接用12V电压来控制管子的导通,这样12V电压将直接加在三极管的发射结两端,管子的发射结很容易被损坏,而加有Rb后,不论Vin端的控制电压是1V还是100V,只要调整Rb的阻值,使管子有一个合适的基极电流,皆可控制三极管的导通。


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问题的分析

对于NPN三极管的导通条件我们现在来回顾一下,首先三极管内部是有两个PN结的,集电极C与基极B间一个PN结我们叫集电结;发射极与基极间一个PN结我们叫集电发射结。这三个极的电压关系是Uc>Ub>Ue,所以三极管内部的两个PN结的情况是这样的:对于发射结来说P极电压高于N极电压,这个类似于二极管的正向导通一样,我们称作这种情况叫发射结正偏;集电结来说P极电压低于N极电压,这个类似于二极管的反向截止一样,我们称作这种情况叫集电结的反偏。因此三极管外部三个电极只有维持Uc>Ub>Ue这种状况才能使内部处于这种状态,也就是说三极管也才能处于放大导通状态。

通过以上分析我们知道NPN三极管放大的条件是:Uc>Ub>Ue、集电结要反向偏置,发射结要正向偏置导通。而题目给出了Uc=5V,Ub=12V,这就打破了Uc>Ub>Ue的外部电压的条件,所以我们要使三极管导通其基极是不可以直接加上12V 的电压的,我们必须要想办法。

问题的解决

要使三极管导通,我们必须通过分压原理使三极管的基极B电压要小于集电极C的电压。我们可以通过在基极上加一个合适的上偏置电阻来对三极管基极进行分压就可以了,只要符合Uc>Ub>Ue即可。为了使NPN三极管能可靠地导通一般要求Ub的电压大于0.7V以上。

有时为了稳定三极管导通的状态不受温漂的影响,在很多实用放大电路中都用了带有上偏置电阻和下偏置电阻的放大电路,如下图所示的那样。

具体上偏置电阻和下偏置电阻的阻值多大,我们可以通过简单的推导就可以得到,所使用的思路就是运用近似估算法来获得电阻R1与R2的阻值,这个阻值只是一个范围 ,一般都是上偏置电阻大些在几十千欧、下偏置电阻小些一般在十几千欧,如下图所示。


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按照提问者的意思,一个NPN的三极管,集电极接的是5V,而想用12V去控制基极使三极管导通可不可以?提问者对三极管的原理理解不够透彻,这种方式完全是可以的。

三极管属于电流型控制元件,只要选择合适的限流电阻,控制基极电流在合理范围之内即可。

下面简单说一下三极管的基本原理:三极管正常工作时有三个区间:饱和区、放大区和截止区。下面以NPN三极管为例,NPN三极管的基极属于控制极,控制集电极电流的大小(小电流控制大电流),电流方向为集电极→发射极,其公式为Ic=βIb,Ie=(β+1)Ib,其中β为三极管的放大倍数,选定三极管型号后,该放大倍数为定值。

实例说明:下图三极管型号为较常用的S8050NPN三极管,最大集电极-基极电压为40V,集电极-发射极电压Vceo为25V,集电极-发射极饱和压降为0.6V,最大集电极电流为0.5A,放大倍数β为10,耗散功率为0.625W(TO-92),基极-发射极电压Vbe(sat)为1.2V。

下图为使用型号为S8050的NPN三极管控制负载工作的原理,下图负载为LED灯。VCC电压可根据实际情况选择,小于40V即可(该三极管所能承受的最高电压),输入电压为UIN,下流电阻为R1,当输入电压UIN<1.2V时,三极管截止。当UIN>1.2V时,三极管基极有电流,其电流大小为(UIN-1.2)/R1。

计算限流电阻R1的大小时,我们一般先确定集电极电流,然后通过集电极电流推算所需的基极电流。一般使用三极管当电子开关使用时,都会使三极管导通时处于饱和状态(头条@技术闲聊原创),此处三极管集电极饱和电流为0.5A,由Ib=Ic/β,得Ib=0.5A/10=0.05A,即基极电流为50mA时,三极管处于饱和状态。再由公式Ib=(UIN-1.2)/R1,得R1=(UIN-1.2)/Ib=(UIN-1.2)/0.05,根据题意,当基极输入电压为12V时,R1=(UIN-1.2)/0.05=(12-1.2)/0.05=216(Ω),可选择220Ω标称阻值。

若基极输入电压为5V时,R1=(UIN-1.2)/0.05=(5-1.2)/0.05=76(Ω),可选择82Ω标称阻值。

总结:NPN三极管属于电流型控制元件,小电流控制大电流。只要基极输入电压大于三极管的死区电压Vbe(sat),小于基极能承受的最大电压即可,集电极和基极输入电压可以不同,如S8050,基极输入电压范围为1.2V~40V,根据基极输入电压、所需基极电流计算积基极限流电阻即可。

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题目想用12V来控制基极,而集电极接5V,这样是可以实现的,但是电路需要改造一下。如果直接将12V接在NPN的基极,则会因基极电流过大把三极管烧坏,所以要在基极上加一个限流电阻,5V如果直接接在集电极的话,三极管导通后,亦会因集电极电流过大,把三极管烧坏,所以要在集电极上加一个负载或者电阻。

电路图如下图所示。

上图中的R1电阻就是基极限流电阻,负载接在集电极上。以9013为例,集电极最大可连续通过500mA的电流,基极的最大电流为100mA,VBE的典型值大约是0.91V,计算基极限流电阻如下:

RB=(12-0.91)/100mA=111Ω,这个是限流电阻的最小值,在使用时,选取限流值时要远远大约111Ω,比如选择3.3K,10K等。

集电极流过的电流由负载决定,但是负载的阻值不能太小,否则容易烧坏,9013最大可以通过500mA的电流,在使用时,为了安全起见,所流过的电流不希望超过200mA,所以负载的最小阻值为:

RL=5/200mA=25Ω,所以集电极上的负载电阻不要小于25Ω。

电子元器件对电流比较敏感,在使用时一定要考虑限流。

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集电极接5V,用12V接到基极是可以控制三极管的导通的

设计线路时候需要知道负载电阻的大小和三极管型号,通过计算基极的电阻,让三极管两个PN结均正向导通,基极(b)极电流足够,就可以让三极管饱和导通了

以S8050三极管(NPN)作为例子计算三极管的饱和导通

  • 饱和导通需要三极管两个PN结正向导通,Vb>Vc;Vb>Ve
  • 饱和导通时Vcb=0.6V;Vbe=1.2V

  • 假设连接在三极管的负载(R1)内阻为200Ω(欧姆)
  • Ic=(5V-Vce)/R1=(5V-0.6V)/200=0.021A
  • 以β=85(三极管放大倍数)计算,Ib=Ic/β=0.021/85=0.000247A=0.247mA;也就是说保证流过R2的电流Ib大于0.247mA就可以让三极管饱和导通;
  • Ib=(12V-Vbe)/R2
  • R2=(12V-Vbe)/(12V-1.2V)/0.000247=43725Ω(欧姆)=43.7K
  • 为了保证Ib电流足够,让三极管饱和导通,R2一般再用小一点,可以用33K的电阻。

所以集电极接5V,用12V接到基极控制三极管的导通需要知道负载电阻的大小和使用的NPN三极管的参数,再计算出基极(b)的电阻的大小,让NPN三极管实现饱和导通就可以了。

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可以,但基极不能直接接12V,必须用电阻连接。电阻阻值视三极管型号而定,让基极电流大于集电极(负载)电流/放大倍数。比如10千欧。


阿牛65268663


可以,但需要串联一个适当的限流电阻,或者说是分压电阻,而不可以直接用12伏接到三极管的基极,去控制它的导通,否则,管子会损坏。


六月的午夜


完全可以,在三极管参数允许的基极电流下选择合适的限流电阻,一般小功率可以取4.7K欧,电路运行没问题。


Vatem


准备烧掉一个十pn结。是吧?


大哥198118443


不能 NPN三极管是饱和放大区0.7v 截止区0.3v 已经超过正常工作电压


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