为什么不能在晶体管的基极 - 发射极端子上施加电压?

电器工程 晶体管
2022-01-25 02:28:21

我刚刚阅读了“电子艺术 - Paul Horowitz”的一些第一页。在第 2 章晶体管中,它说NPN 晶体管有四个特性(对于 PNP,它是相反的)。

第二个属性说:

基极-发射极和基极-集电极电路的行为类似于二极管。通常,基极-发射极二极管是导通的,而基极-集电极二极管是反向偏置的。

然后它说:

请特别注意属性 2 的影响。这意味着您不能在基极-发射极端子上施加电压,因为如果基极比发射极的正电压高出大约 0.6 到 0.8 伏以上,就会有巨大的电流流过。

我不明白为什么?电流从基极流向发射极,因为基极-发射极是导电二极管,所以为什么我不能在这两个端子上施加电压。如果我不施加电压,怎么会有电流流动?

还,

因为如果基极比发射极高约 0.6 到 0.8 伏,就会有巨大的电流流过

这个解释是什么意思?为什么不能将电压施加到基极-发射极端子的解释?

4个回答

所以正如你提到的,它说晶体管本质上是两个二极管。

您应该(但可能不)知道,二极管使其导通所需的典型电压降约为 0.7V,但当然会因二极管而异。因此,如果您只是在端子上“粘贴”一个电压,就像您在二极管电流上增加电压时一样:

在此处输入图像描述

由于施加此电压时二极管两端的电阻非常低,我们可以计算出电流会非常高:I = V/R,很容易看出 R 越低,电流越高,这可能非常损坏基极端子,我相信特定晶体管的数据表会给你更多关于它可以承受多大电流的信息。

这就是说,您需要在晶体管的基极端子前面有一个限流电阻器,它的作用正是它的名字所描述的,限制了电流。由于晶体管上的电压降将保持在 0.6-0.8V,我们可以很容易地计算出我们需要的电阻大小。R = (Vin - Vdrop)/I,“I”是它可以承受的基极电流,Vdrop 是从基极到发射极的电压降,Vin 是进入基极的电源,您还需要查看晶体管的hfe,所以看看它是否能够为您提供所需的电流量,巧合的是,它可以受到限制,或者在发射极引脚上“定制”一个电阻器,这样晶体管就不太依赖于hfe,但是我相信你将来会继续这样做!

好吧,您确实在 BE 上施加电压,并且您还必须使用基极电阻限制电流。您可以在其数据表中找到晶体管的最大基极电流。

同样的故事也适用于二极管。如果要为 LED 供电,则必须在电路中包含一个限流电阻。

在我看来,这句话的措辞很糟糕。当然,基极-发射极结上必须有正向电压才能有电流通过。

然而,一旦“开启”,通过的电流会因基极-发射极电压相对较小的变化而发生剧烈变化。

因此,必须有一些串联电阻,以使电流不能超过安全量。

在数学上,基极电流约为

$$i_B = \frac{I_S}{\beta}e^{\frac{v_{BE}}{V_T}}$$

换句话说,电流随着电压的增加呈指数增加。快速的代数产生以下结果:

  • 电压增加约 \$0.05V\$ 时电流翻倍

因此,使用电压源 \$v_S\$ 控制基极电流需要极其精确的电压控制。

现在,如果电阻 \$R\$ 与基极-发射极结串联,则基极电流方程变为

$$i_B = \frac{v_S - v_{BE}}{R}$$

对于典型的晶体管和典型的基极电流,我们有

$$0.6V \le v_{BE} \le 0.8V$$

因此,基极电流必须在范围内

$$\frac{v_S - 0.8V}{R} \le i_B \le \frac{v_S - 0.6V}{R}$$

此外,当我们观察源极电压 \$v_S\$变化时基极电流的变化时,我们发现,与没有电阻器时的指数关系不同,与电阻器的关系近似线性。事实上,我们有

$$\Delta i_B \约 \frac{\Delta v_S}{R}$$

对于 \$v_S\$ 和 \$R\$ 的典型值。

晶体管是电流控制器件。发射极电流与基极电流有关

I_e = (B+1) * I_b       ( B = beta )

在二极管的正向偏置模式下(使用指数特性),一旦电压超过阈值(硅约为 0.7 V 左右),电流值就会急剧上升。

因此,如果您直接在基极和发射极之间插入一个电压源,而无需限制电阻,则大量电流将开始流经基极,并且由于 B (beta) 对于有源模式的晶体管通常为 100 或更大,因此发射极电流会更大(使用上式),这可能会损坏器件。