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探索三座及其恆定電流電源和排放電路

1.三座的基本概念和原理

作為晶體管家族的關鍵成員,晶體管在電子電路中起著必不可少的作用。它包含三個基本部分:基礎,發射極和收集器。在這裡,我們主要關注NPN晶體管。NPN晶體管的核心特性可以通過等效電路來描述,在該電路中,基數和發射極之間的連接等效於二極管,並且收集器和發射極之間的連接可以視為可調電阻。該電阻的電阻從幾個歐姆到無窮大(開路狀態)差異很大。
在深入討論之前,我們必須闡明NPN晶體管的特徵方程:IC =βIB。在這個方程式中,Ib表示從鹼基到發射極的電流,IC是從收集器到發射極的電流,而β是三極管的放大因子。該倍數是根據生產過程確定的常數,其值通常在數十個和數百個之間。但是,應注意的是,三極管通過調整收集器和發射極之間的等效電阻(RCE)來實現這種擴增效果。當RCE調整為極低的值,但仍無法實現IC =βIB時,我們稱其為“飽和”狀態。相反,當將RCE調整為極高的值但仍無法實現IC =βib時,它被稱為“截止”狀態。理想情況下,晶體管應在擴增區域(即IC =βib的狀態)起作用。
2. NPN晶體管常數電流源排出電路的構建和分析
在電子電路設計中,恆定電流源的應用至關重要。以常規電容器排放電路為例,排放電流IC = UC/R,其中UC表示電容器的電壓。由於電容器電壓隨時間降低,因此傳統的放電電流不是恆定的。但是,通過使用NPN晶體管,我們可以構建一個恆定的電流放電電路。

在這樣的電路設計中,電容器的放電電流獨立於其電壓。例如,假設電路的VE值為4.3V(計算為5V減去0.7V),那麼我們可以發現IC(收集器電流)大約等於IE(發射器電流),計算為VE除外。 RE(發射器電阻) 。該計算過程基於一個重要的前提:三極管必須在放大區域工作,即必須滿足IC =βib。考慮到β的一般值在100倍的階段,可以認為IE大約等於IC。
3.三極電路的解決方案過程
在設計和分析晶體管電路時,我們通常遵循以下步驟:首先假設晶體管在擴增區域起作用並滿足IC =βib和IC≈IE的條件;然後,基於計算結果成型推導UCE(收集器和發射器之間的電壓))是合理的,以確定先前的假設是否為真。例如,假設電容器上的電壓為10V,我們可以將UCE計算為5.7V,這又使RCE值為5.7K歐姆。這意味著,通過將RCE調整為5.7K歐姆,晶體管可以將電容器的放電電流保持在1mA。同樣,當電容器電壓為8V時,UCE為3.7V,RCE為3.7K歐姆,因此排放電流仍保持在1mA。
但是,當電容器電壓下降到一定閾值以下(例如3V)以下時,我們會發現UCE的計算結果變為負值(-1.3V),這顯然是不合理的。這表明即使RCE降至0歐姆,也無法滿足IC =βib的狀況。因此,當電容器電壓下降到4.3V以下時,晶體管將不再在放大區域中運行,而是進入飽和區域。值得注意的是,在實際應用中,收集器和發射極之間的電阻不能降低到0Ω,因此UCE的最低值通常只能降低到約0.2V。該值稱為飽和管電壓下降。
4. PNP晶體管在恆定電流源充電電路中的應用
與NPN晶體管不同,要實現恆定的電流充電電路,我們必須使用PNP晶體管。PNP晶體管的工作原理和結構與NPN不同,但在實現恆定電流源充電電路中起著至關重要的作用。在PNP晶體管中,電流的方向與NPN晶體管相反,該晶體管在設計不同類型的電子電路方面具有更大的靈活性。