三极管背后的血泪史
时间：2021-09-10 16:36:57
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[导读]在复杂多变的模拟电路，少不了学习三极管，过往的血泪史，不想再提，什么正偏，反偏都给我统统滚蛋！今天来点实际的。三极管有三个工作状态：截止、放大、饱和，放大状态很有学问也很复杂，多用于集成芯片，比如运放，现在不讨论。其实，对信号的放大我们通常用运放处理，三极管更多的是当做一个开关管...
在复杂多变的模拟电路，少不了学习三极管，过往的血泪史，不想再提，什么正偏，反偏都给我统统滚蛋！今天来点实际的。
三极管有三个工作状态：截止、放大、饱和，放大状态很有学问也很复杂，多用于集成芯片，比如运放，现在不讨论。其实，对信号的放大我们通常用运放处理，三极管更多的是当做一个开关管来使用，且只有截止、饱和两个状态。截止状态看作是关，饱和状态看作是开。Ib≥1mA时，完全可以保证三极管工作在饱和状态，对于小功率的三极管此时Ic为几十到几百mA，驱动继电器、蜂鸣器等功率器件绰绰有余。把三极管箭头理解成一个开关，如图1为NPN型三极管，按下开关S1，约1mA的Ib流过箭头，三极管工作在饱和状态，c极到e极完全导通，c极电平接近0V(GND)，负载RL两端压降接近5V。
Ib与Ic电流都流入e极，根据电流方向，e极为低电平，应接地，c极接负载和电源。
图1：NPN三极管如图2为PNP型三极管，按下开关S2，约1mA的Ib流过箭头，三极管工作在饱和状态，e极到c极完全导通，c极电平接近5V，负载RL两端压降接近5V。Ib与Ic电流都流出e极，根据电流方向，e极为高电平，应接电源，c极接负载和地。图2：PNP三极管如图3，对于NPN三极管，更应该在b极加一个下拉电阻，一是为了保证b、e极间电容加速放电，加快三极管截止；二是为了保证给三极管b极一个已知逻辑状态，防止控制输入端悬空或高阻态时对三极管工作状态的不确定。图3：NPN三极管加下拉电阻如图4，对于PNP三极管，更应该在b极加一个上拉电阻，原理同上。图4：PNP三极管加上拉电阻如图5，对于感性负载，必须在负载两端并联一个反向续流二极管，因为三极管在关断时，线圈会自感产生很高的反向电动势，而续流二极管提供的续流通路，同时钳位反向电动势，防止击穿三极管。续流二极管的选型必须是快恢复二极管或肖特基二极管，两者响应速度快。
图5：NPN三极管驱动蜂鸣器如图6，对于某些控制信号为低电平时，可能并不是真正的0V，一般在1V以内，为保证三极管完全截止，不得不在三极管b极加一个反向稳压管或正向二极管，以提高三极管导通的阈值电压。根据个人经验，推挽输出的数字信号不用加，OC输出、二极管输出以及延时控制有必要加，通常稳压管正常的工作电流≥1mA。图6：NPN三极管驱动继电器如图7，为三极管延时导通，快速关断的一个仿真电路，D1、R2、C1、D2构成延时导通Q2的回路，C1的电压为12V的时候Q2导通，R3、Q1、R4、R1构成快速关断Q2的回路，C1通过R3和Q1快速放电。图7：用三极管实现继电器的延时控制要点：
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三极管有三个工作状态：截止、放大、饱和，放大状态很有学问也很复杂，多用于集成芯片，比如运放，现在不讨论。其实，对信号的放大我们通常用运放处理，三极管更多的是当做一个开关管来使用，且只有截止、饱和两个状态。截止状态看作是关，饱和状态看作是开。Ib≥1mA时，完全可以保证三极管工作在饱和状态，对于小功率的三极管此时Ic为几十到几百mA，驱动继电器、蜂鸣器等功率器件绰绰有余。把三极管箭头理解成一个开关，如图1为NPN型三极管，按下开关S1，约1mA的Ib流过箭头，三极管工作在饱和状态，c极到e极完全导通，c极电平接近0V(GND)，负载RL两端压降接近5V。
Ib与Ic电流都流入e极，根据电流方向，e极为低电平，应接地，c极接负载和电源。
图1：NPN三极管如图2为PNP型三极管，按下开关S2，约1mA的Ib流过箭头，三极管工作在饱和状态，e极到c极完全导通，c极电平接近5V，负载RL两端压降接近5V。Ib与Ic电流都流出e极，根据电流方向，e极为高电平，应接电源，c极接负载和地。图2：PNP三极管如图3，对于NPN三极管，更应该在b极加一个下拉电阻，一是为了保证b、e极间电容加速放电，加快三极管截止；二是为了保证给三极管b极一个已知逻辑状态，防止控制输入端悬空或高阻态时对三极管工作状态的不确定。图3：NPN三极管加下拉电阻如图4，对于PNP三极管，更应该在b极加一个上拉电阻，原理同上。图4：PNP三极管加上拉电阻如图5，对于感性负载，必须在负载两端并联一个反向续流二极管，因为三极管在关断时，线圈会自感产生很高的反向电动势，而续流二极管提供的续流通路，同时钳位反向电动势，防止击穿三极管。续流二极管的选型必须是快恢复二极管或肖特基二极管，两者响应速度快。
图5：NPN三极管驱动蜂鸣器如图6，对于某些控制信号为低电平时，可能并不是真正的0V，一般在1V以内，为保证三极管完全截止，不得不在三极管b极加一个反向稳压管或正向二极管，以提高三极管导通的阈值电压。根据个人经验，推挽输出的数字信号不用加，OC输出、二极管输出以及延时控制有必要加，通常稳压管正常的工作电流≥1mA。图6：NPN三极管驱动继电器如图7，为三极管延时导通，快速关断的一个仿真电路，D1、R2、C1、D2构成延时导通Q2的回路，C1的电压为12V的时候Q2导通，R3、Q1、R4、R1构成快速关断Q2的回路，C1通过R3和Q1快速放电。图7：用三极管实现继电器的延时控制要点：
- 对于NPN三极管，在不考虑三极管的情况下，b极电阻与下拉电阻的分压必须大于0.7V，PNP同理。
- b极电流必须≥1mA可保证三极管处于饱和状态，此时Ic满足三极管最大的驱动能力。
- 另外，对于三极管的放大倍数β，指的是输出电流的驱动能力放大了β，比如100倍，并不是把输出电流真正的放大了100倍，切记！
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