基本电子学:晶体管开关

电器工程 晶体管 开关 npn 双极
2022-01-28 05:20:37

我是电子新手。我正在读这本书,名为《实用电子学发明家》

这是书中关于双极晶体管的部分:

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我没有从中得到两件事:

  1. 当开关拨到“开”位置时,我认为应该是:IB

IB=IR1=VccVBR1=Vcc0.6R1

假设 = 0.6V。为什么作者有VBEIB=0.6/R1

  1. 当开关拨到“关闭”位置时,我们为什么需要 R2?这个怎么样:

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如果作者必须有R2,我还有一个问题:电流可以如何从集电极到基极再到R2到地?看这个:

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我认为如果想要从集电极到基极,电流会遇到麻烦,因为集电极和基极之间有一个 NP 结。当开关与电路中的 R2“关闭”时,电流如何流动?

4个回答

对于第 1) 点,电流回路是 VCC、R1 和 VBE 结,对于大多数实际用途而言,它或多或少是一个 0.6V 二极管。

所以你有VCC=I*R1+VBE,这本书有一个严重的错误……

对于第二点,你的电流图是错误的:你不能从基极拉集电极电流(在通常的偏置模式下!)。当您切换 NPN 晶体管时,您将电流通过 VBE 结并提供集电极增益。

关闭它会清空VBE 结中剩余的任何电荷并停止收集器流动。实际上,在开路基极的情况下,您只会有集电极截止电流(大约 100nA,通常是可跟踪的),但是由于寄生效应,一些电流可能会泄漏到基极并打开晶体管。

如果您实际上使用如图所示的机械开关切换晶体管,则可以将基极接地而不会出现问题。在实践中使用抛出开关是没有用的,“通常”的晶体管设置是这样的

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

(电阻值和电压不正确,只是为了显示电路的形状)

这通常被称为共发射极开关。共发射极,因为控制电流从基极流向发射极(基极电流),负载电流从集电极流向发射极(集电极电流)。

这个电路中,您可以看到为什么基极对地电阻应该有点大:否则所有控制电流都会通过它!

两个电阻值的计算称为晶体管偏置:当开关闭合时,您将需要一些 mA 的基极电流,而在开关打开时 VBE 小于 0.6V。希望你的书会在几页后解释这一点。

  1. 是的,你是对的,这本书有错误。

  2. 考虑到漏电流,集电极电流 Ic =βIB+(β+1)ICBO 在没有 Ib 的情况下添加电阻器可将集电极电流降低到ICBO. 电阻器需要足够低,以使最高值ICBO基部最多只呈现几百毫伏。短路是一个可接受的值,尽管在某些情况下考虑可能的故障模式时您可能更喜欢电阻器(超出此答案的范围)。

和...之间的不同ICBO(β+1)ICBO在良性条件下(室温)可能不是那么好,因为β在 nA 集电极电流下非常低(它不是简化视图中的常数 - 它在高和低集电极电流时都会减小)。

尤其是在高结温下(或使用泄漏晶体管,如旧锗类型)ICBO呈指数级增长,并且总集电极泄漏可能会上升到令人反感的水平。例如,只有几 uA 电流的 LED 可能看起来可见发光。或者在待机状态下电池电源可能会过早耗尽。

  1. 你是对的。书错了,打一个。

  2. 再次,您提出了一个很好的观点 - 电流不能从基极流出(好吧,它可以,但它是皮安,最坏的情况是纳安,只是漏电流)。然而,虽然不连接双极晶体管的基极不太可能导致任何大电流流动(流入基极,或从集电极流向发射极),但这是可能的。底座是一个相对较高的阻抗,很容易将电流以电容方式(从您自己附近的身体)或电磁方式(如天线)耦合到其中。如果被驱动的负载不那么重,例如 LED,您可能只需用手指触摸底座即可打开 LED,将电流注入底座(从而提高其电位),电容耦合的电流从您周围的电源线到您的身体。一世' 以这种方式制作触摸传感器很有趣。作者使用 R2 来防止这种情况发生,但实际上这是一个额外的、不必要的组件。将基极直接接地将具有相同的效果,将基极电位保持为零。我认为这是本书的第二个打击。

  3. 我知道没有第三个问题,但我还是要回答它。作者指出,除非 Vc 低于 Ve 以上 0.6V,否则 Ic = hfe × Ib 的关系成立。这也是不正确的。它一直有效,直到饱和,此时集电极电压仅比发射极高 0.2V(或在该附近的某个地方,取决于晶体管 - 在这方面,一些晶体管比其他晶体管更好)。那是三击。它肯定是出来的。

  1. 应该是笔误。I = (Vdd - 0.6)/R1。

  2. 如果我们没有 R2,基地可能是浮动的。我们需要一些东西来拉下来。BJT 中可能会出现一些漏电流。