模拟电路学习一之三极管重新认识

之前感觉对三极管即熟悉又陌生，熟悉的是经常要用它，陌生的是“计算各个元器件的电压，电流、计算如何选择合适的三极管、计算电路静态工作点”，这些计算还是比较陌生的。
这几天先学习了三极管的理论知识，在通过一些实验，算是理解了一下，这里记录下。

1.三极管特性

• 【1】上图为NPN和PNP三极管的符号，当三极管工作在放大区的时候有：Ie = Ic + Ib，Ic = βIb ，即Ie = (1+β)Ib,
  三极管处于放大区时，Ic不受Uce的控制，至于Ib大小有关。

• 【2】三极管3个工作状态：
  
  上面以NPN型三极管为例来说明吧，这几个状态非常重要，希望自己牢牢记住吧。
  • 放大状态：对NPN三极管来说，当Uc>Ub>Ue时，三极管工作在放大区。对PNP三极管来说，当Uc<Ub<Ue,三极管工作在放大区。
  • 饱和状态：当发射极和集电极均正向偏置时，则进入饱和区。上图如果某一个时刻电路为放大状态，其它提交不改变的情况下，缓慢调整UBB的电压，使得的Ub点的电位大于等于Uc点的电位，那么三极管开始进入了饱和区，此时电路Ic ≠ βIb, 此时继续增加Ubb的电压，Ic的电流也不会在继续增加了。通常将Ucb = 0的情况，称为临界饱和或临界放大状态。
    三极管管压降 Uce = UCC - IcRc,（进入饱和状态时，三极管的压降非常小，硅管0.3V， 锗管约为0.1V），uce近乎等于0，则Ic = Ucc/Rc,视为集电极的饱和电流，从而根据这个电流除于放大倍数，则可以得到临界饱和时，基极电流Ib = Ucc/βRc,,这个在后续确定工作点时，以及选择电阻大小时候非常重要。
  • 截止状态：
    发射极和集电极均反向偏置，测试Ib约等于0，无法满足开启条件。

2.三极管例子分析（电流放大）

接下来用实验验证一下上面的理论，这次试验用的是2SC2786，三极管的主要参数如下图所示：

• 【1】限流电阻选择，从上面的特性可以看到，Ic最大能到20ma，Ib为20ma(大了也没有用，已经饱和了)，三极管的放大系数一般为90倍，那么可以判断出基极Ib的临界饱和电流为Ib = 20/90 = 0.2222ma. 这样可以根据这个电流，来动态搭配电源和电阻的范围了。只要电流不超过0.222ma，就工作在放大区域。
• 【2】基极电压Vbe最大为4V，饱和电流Ib已经知道了，那么输入电源(Ui - RIb) <=4,三极管都是没问题的。根据这个公式，就可以断定电源和电阻的选型了。

• 【3】确定静态工作点，为了预防饱和失真，将静态工作点Ib=0.11ma,正如下图所示：
  

  
  上图可以发现Ic=9.31ma，而Ib=0.11ma, 放大倍数q=9.31/0.11 = 84.6倍，接近90倍，基本满足理论分析值。
• 【3】让电路工作在饱和状态，按着之前的分析，在放大倍数为90的情况下，只需要让Ib达到0.22222ma即可。那么电路参数如下：
  
  上图可以发现虽然基极电流已经达到0.225ma，但是Ic电流才15ma，这是由于随着Ic逐渐增加，放到倍数hfe先增加在降低。具体如下所示：
  
  虽然上图Vce=6v，但仍很有参考意义。从图中可以发现当基极电流在15ma左右时，放到倍数Hfe为65倍左右，反观我们电路中的参数Ic=15ma，Ib=0.225，实际放大倍数为15/0.225 = 66.66倍。

• 【4】从上图中放大倍数和Ic的关系发现，当Ic=20ma时，Hfe大概为52左右，那么可以算出Ib饱和电流为20/52 = 0.375ma,具体看下面电路仿真。
  

  
  上图可以发现确实如我们计算的那样

3.总结

在选择三极管时，在满足放大倍数的前提下，重点关注三极管的耐压Vce,Vbe,Vcb和Ic,Ib最大能多少。此外还要关心放大倍数随Ic的变化曲线。
通过计算出来的参数只能是理论值，实际工作中，往往由于器件的工艺，一些指标无法达到理论值，需要对一些参数做修改，也就是电路调试过程中发现的。电路时需要调试的