关于三极管的工作状态分析和实际电路应用

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我们来解释下N型三极管在实际电路中3种工作状态：

• 截止区
  
  
  当下图中VCC<三极管阈值电压时，此三极管工作在截止区；
  
  
  

2.放大区

我们来看下下面的电路，我们先算下基极电流

IB = （3V - 三极管阈值电压）/30K = 0.08mA，这里三极管阈值电压我们统一用0.6V；

我们再看IC电流，我们假设三极管刚好饱和导通，即满足IC = 3V/100Ω = 30mA;

我们通过SS8050手册中放大倍数hFE和IC曲线关系得知在IC = 30mA时，hFE = 250;

则IB*250 = 20mA<IC = 30mA；我们说该三极管工作在放大状态；

我们总结下：IB*hFE <IC，N三极管工作在放大状态；类似于传统的自来水龙头，随着阀门越来越松，水流越来越大；

3.饱和区

根据上述说明，当IB*hFE >IC时，我们说三极管工作在饱和区；即水龙头阀门再松，水流也不会再继续变大了；

下面我们看下实际电路应用：

我们知道三极管在实际应用中无非就2种：一种放大电流，一种实现电路开关，下面我们详细讨论讨论；

• 我们要知道三极管基极导通阈值，即开启三极管的条件，在设计时肯定是要大于阈值电压才可以实现三极管的开启；
  
  
  
  
• 对于基极我们可以直接接DC电源么，我们肯定要限流是吧，不能直接将DC电源接到基极上，中间还要加上限流电阻，以免基极电流过大损坏三极管；
  
  

3.我们知道一些SOT23封装的三极管阈值电压很低，在零点几伏，很容易受到干扰；那么在基极电压关闭时，我们也要确保三极管被关闭，所以在N型三极管基极加上下拉电阻，确保基极被拉低关闭；

4.我们加R2的逻辑有3个：

一是R2电阻加上确保三极管在关闭时不会误开启；

二是R2电阻不能影响到流入三极管基极电流；

三是不能将加载在基极电压分压分的太小；

下面我们举例子说明：

我们看下这个三极管可以正常开启么，不能是吧；

我们算下A点电压：UA = 3V*R2/(R1+R2) = 0.27V<0.6V，三极管是截止的；

我们将R2电阻调到20K，我们来看下：

我们再计算下A点分压：UA = 2.985V，基本上和3V差不多，没有降低多少；此时三极管正常开启；

我们再看，当三极管正常启动时：

我们看下图中从A点，经过三极管BE，再到地，这是个通路；我们说三极管BE相当于一个二极管，那么A点电压UA = 0.6V，即阈值电压；

则IR1 = (3V-0.6V)/100 = 24mA；IR2 = 0.6V/20K = 0.03mA；

则流进三极管基极电流I = IR1 - IR2 = 23.97mA；

我们看这个R2加上的好处：

• 在三极管关闭后起到下拉作用，防止其他电压误开启三极管；
  
• 该下拉电阻并没有增加电路明显功耗；
  
  

接下来我们再看集电极电路：我们来看集电极能够提供的最大电流IC = 5V/10K = 0.5mA；

即IB*β>>IC，所以该三极管工作在饱和状态；

则有当三极管开启时，VB = 0V；当三极管关闭时，VB  =5V；

即当基极输入高，集电极输出低；基极输入低，集电极输出高；此电路相当于数电中的"非"功能；

那么我们将R3变换位置再看：此刻我们将R3换到发射极；

此时A点电压是多少？还是0.6V？

根据前面计算，我们知道三极管是开启的，即be电压为0.6V，即UAB = 0.6V；

我们知道UA = 2.985V，则UB = UA -UAB = 2.385V；

则有三极管ce两端电压为：5V - UB = 2.615V；

我们知道该三极管工作在放大状态，饱和状态一般UCe<0.3V；

我们也可以从电流计算判断该三极管的工作状态：

IR1 = (3V-UA)/100 = 0.15mA;

IR2 = UA/20K = 0.14925mA;

则流进三极管的基极电流Ib = IR1 - IR2 = 0.00075mA；

我们知道Ie = Ic + Ib ；

Ie = UB/1K = 2.385mA；

则Ic = 2.385mA - 0.00075mA = 2.38425mA；

我们根据手册,在Ic对应增益为250，即Ib*250 = 0.00075mA*250 = 0.1875mA<<Ic，所以该三极管工作在放大状态；

该电路从发射极输出，电压是跟随基极电压的；

下面我们再看下三极管在驱动上的应用：

我们看个实例，如下图所示，D1为发光二极管，压降为2V，供电3.3V，我们通过MCU引脚控制LED的开和关；

我们计算下电流：

I = (3.3V - 2V)/300 = 4.33mA；即当我们控制MCU_IO输出0时，LED发光，也就是流进MCU引脚电流为4.33mA；

我们设计电路时要知道MCU引脚输出电流和流入电流是有限制的；一旦超过单片机限制，工作是会发生异常的；

故我们在设计电路时，一般不推荐用IO口直接驱动，本身单片机驱动能力就弱，所以我们会通过三极管来驱动外设；

我们知道三极管可以以小电流控制大电流，利用三极管工作在饱和状态下，所以我们变更下：

我们通过在三极管基极输入高低电压来控制LED的亮和灭；

不仅是LED，像一些其他外设一样可以用三极管驱动；

这样我们就可以减少MCU本身的输出电流和输入电流；

我们先简单介绍下P管，后面再说应用；

相比于N管来说，P管特性都是相反的，我们举个例子：

我们就看三极管箭头指向，对于P管来说，开启条件就是Ue  - Ub >阈值电压；我们类比N管使用就可以；

下面我们来说下推挽电路，说到推挽我们应该很熟悉，在用MCU时，我们经常看到手册中该引脚支持推挽输出，意思是该引脚可以输出高低电平，并且驱动能力强，我们看个例子：

我们将P管和N管同时串联，P管在上，N管在下；我们来分析下：

当输入低电平时，P管导通，N管截止，5V给电容C1充电；

当输入5V时，P管截止，N管导通，C1电容电压从N管放电；

这个看似很合理是吧，但是一般我们单片机输入电压有3.3V输入的，当我们高电平输入时，P管和N管就同时导通，就会烧毁管子了；而且这个只是5V供电，在设计电路时可能遇到更高电压的；

那么我们把N管和P管调换个方向再看看：

当A点输入高电平时，比如Ua，那么B点电压为Ua - 0.6；那么对于P管来说基极电压为Ua，发射极电压为Ua - 0.6<Ua，所以对于P管来说此时截止；N管导通，并且B点电压是跟随A点电压的，5V提供大电流，对电容C1快速充电，充满电压接近Ua - 0.6；

当A点输入0V时，N管截止，C1两端电压Ua - 0.6>阈值电压，此时P管导通；

我们知道电流喜欢走阻抗小的路，最开始P管导通，C1两端电压经过R7，Q4朝地放电，直到放大P管阈值电压时刻为止，此时P管截止，C1剩下电压通过并联在其两端的R6放电，直到放到0V；

这就是推挽电路，有的MCU引脚支持推挽，该引脚内部集成的就是这2种管子的电路结构；

今天就到这里，谢谢大家阅读支持；

滨州疯人

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