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|晶体管是一种三端电流控制器件。选择输入阻抗低的信号源(发射结相当于一个电阻,三极管必须有电流输出能力才能导通,所以信号源必须有电流输出能力);输出阻抗高(选择负载需要负载阻抗>>电路本身的输出阻抗,以便输出电压降可以施加到负载上)。在Ic受Ib控制的控制区域,工作在可变电阻区域,成为线性放大器(模拟电路),在Ic不受Ib控制的开关区域,成为开关电路(数字电路) 。式中,Ic为三极管的集电极电流,Ib为三极管的基极电流。
1、三极管的基本工作原理三极管是晶体管的缩写,正式名称为晶体管。早期以锗材料为主流,但由于热稳定性差、漏电流(电磁波)大而停产。最近,三体管由硅晶体制成。由于电子技术的进步,由三极管分立元件构成的放大器和逻辑电路已几近绝迹,但仍用作执行电路的最终驱动器件,如驱动直流继电器线圈、风扇、IGBT的最终驱动等。中,三极管仅作为开关来控制风扇的运转,操作继电器等,大多数电路仍然继续使用三极管器件,因此,用三极管构造的线性放大器几乎没有用处,不需要关注,只需其开关应用,因为如果带有四个运算放大器的集成电路的价格接近一个低功率三极管的价格,那么构建一个线性放大器因为我认为没有人会尝试使用多个甚至更高的数字从性价比的角度考虑,考虑到电路性能、尺寸等,三极管的优点似乎永远失去了。
2、电路实例原理分析1—— 不过,为了更好地理解以三极管为核心的放大电路和开关电路,我们来设计一个最基本的三极管偏置电路。从这个简单电路的分析中,我们就会找到三极管电路原理的关键分析。已知:电源电压Vcc=10V,晶体管=100,要求:静态Ic=1mA,静态Vc(晶体管集电极电压)=5V。事实证明,这是一个简单的单电源小信号放大器。为了避免输出信号电压失真(以获得更好的动态范围),静态Vc通常设置为Vcc的1/2,动态输出以零点5V上下变化,即为电压。如图1 所示)。
电路设计:从以下三个条件求出Rc值:电源电压=10V,Vc=5V,Ic=1mA。 10V-5V/1mA=5k;从=100,第一步我们得到Ib=10A;第二步,忽略发射结两端约0.5V的压降,10V/10A=100k。即,RC决定Ic,Rb决定Ib。静态工作点的建立是由两个电阻完成的。 1) 静态工作点的关键点是三个明显的因素:Ib=10A、Ic=1mA、Vc=5V。暗元素:将Q1的c极和e极之间的空间视为电阻,暂命名为Rce。此时可以看出,在静态偏压状态下,Vc为Rce和Rc的分压值,自然第四元素Rce=5k。由于输入信号的作用,实际上是Rce的变化引起了输出电压Vc的变化。请注意,静态工作点是零信号的工作偏置条件。这里的零信号不一定是零电压值。参见图1中的曲线图,IN端子Q1的Vb约为0.5V,Vc=5V。
2) 如果Ib由于IN输入信号而静态上升,则Ic将不可避免地发生同步上升。定量分析可以给出明确的值。此时Ib=15A,Ic=1.5mA(Rce),Vc=2.5V(这些都是由欧姆定律计算出来的。Rc的压降为7.5V,当然还有Rce两端电压降为2.5 V)。 Ic 增加Rc 两端的电压降并降低Vc。考虑到暗因素,此时Rce变小,Vc分压点电压降低。然后我们看到Rce是可变电阻。事实在上述放大范围内,三极管工作在可变电阻范围内,其c极和e极之间完全表现出可变电阻的特性。可以看出,当Vc=2.5V时,Rce从静态时的5k变为2k。所以我在图2中画了这个电阻,并标记了每个点的电压和电流值。注意,晶体管的控制特性是电流控制元件的控制特性,这里我们重点关注输入环路的输入电流和Vb值的变化。这是因为晶体管的发射极(PN结)结的导通电压是一个相对稳定的值(称为阈值电压,例如0.6V左右),在这个相对较小的Vb电压范围内,其环流电流这是因为Ib值变化。在更广泛的范围内。因此,现在我们只关注Ib对Ic的影响。基本上,晶体管是电流控制元件或电流放大器,电压放大是间接结果,将——连接到负载电阻Rc的目的是将Ic的变化转换为Vc的变化。可以看出,当IN信号的电压增大,Ib静态向正方向变化时,Vc向相反方向变化,但由于IN和OUT之间成反比关系,所以放大器是反相的。是一个放大器。
3) 当Ib 由于IN 输入信号而静态减小时,Ic 必然以相同的速率减小。它还可以给出明确的数值以进行定量分析。此时,Ib=5A,Ic=0.5mA(Rce),Vc=7.5V。 Ic 降低了Rc 上的压降并提高了Vc。此时,如果考虑暗因素,Rce增大,Vc分压点电压增大。可以看出,当Vc=7.5V时,Rce从静止时的5k变为15k。
由上述2)和3)可知,输入信号电流的波动范围为5A,放大100倍后Ic的波动范围为0.5mA,实际情况下,Rce在2k至15k之间波动,输出Vc变化范围2.5V。假设IN 0.1V 的变化会导致Vc 2.5V 变化,则该放大器可被视为25 倍电压放大器和100 倍电流放大器。或者,如果我们在输入信号的影响下再次切断第一个和最后一个,Ib的变化将使Rce改变约1.7k至45k,导致Vc的输出变化为1至9V(或4V)。在此区域中,Ib的线性变化控制Rce(Ic)的线性变化,因此输入和输出电压成反比,晶体管工作在可变电阻区域,可称为线性放大器。俗称模拟电路。当三极管离开控制或线性放大区域并进入开关区域时,会出现两种情况:
4)进入饱和区工作状态时,IN输入信号电压升高,变为Ib20A,Ic=2mA,Vc=0V。此时,Rc=5k,电源电压=10V,Ib继续增大超过20A,达到毫安级,因此流过Rc的最大电流仅为2mA,两端压降最大也仅为2mA。当Ic=2mA时,称为饱和电流。晶体管在饱和状态下工作。此时RceRc就失去了可变电阻的特性,相当于SW1断开。 Q1 退出放大区并进入开区和关区之间的截止区。如果忽略集电极微弱漏电流的影响,Vc也假设为10V。需要澄清: 1)该电路定义为小信号电压放大器,作为中间放大器,它与前电路的输出信号幅度和后负载电路的输入阻抗紧密结合。需要足够的输入信号电压摆幅和适当的负载阻抗来满足电压放大要求。当用作放大器时,输入信号首先必须在合理的线性范围内。输入信号电压幅值应在100毫伏以内,输入信号电流应约为10A。如果输入信号导致Ib=0或Ib20A,则这是一个非法信号。当用作放大器时,应避免产生错误的信号,错误的信号输入意味着前端电路出现故障。 2)作为开关电路使用时,应避免在输入端出现小幅度的梯度信号,这也是非法信号。如果开关电路进入放大范围,可能会出现继电器驱动时继电器振动、不吸合,或工作电流过大而烧毁等问题。理想的开关电路的输入信号是高电平和低电平。例如,为了使晶体管深度饱和,Ib应大于或等于60A,或者为了使晶体管可靠截止以保证电路的开关特性,Ib应设置为0A或a负截止电流。必须是。 3)上面5)中的条件只是从信号电流的角度描述了对晶体管工作状态的影响。以饱和为例,三极管饱和实际上与很多因素有关。前面已经提到了,与信号幅度有关b.与电路本身有关如果Rc小,进入饱和需要较大的输入电流信号,如果Rc大,则c.后级电路如果负载阻抗太低,会提前进入饱和区,但如果负载短路,则会直接进入“伪饱和区”。因此,在排除本级放大器的问题时,不要只关注本级电路,而应首先确认信号电路或负载电路没有问题,然后再从本级电路入手。在线电压法决定了电路的工作状态,晶体管工作在三个区域:放大区、饱和区、截止区。尽管放大器在工作时力求避免饱和区和截止区,但工作在饱和区和截止区的开关电路在从截止到饱和或截止的过程中不可避免地会经历短暂的放大区。从饱和到截止(当然进入这个区域的时间越短越好),这是有相关技术措施保证的。无需赘述。当开关电路进入放大区域或放大器进入开关区域时,电路偏离其预期的“正常状态”并进入“故障状态”。这可以通过检测静态的发射极对结电压值和集电极-发射极电压值来确定。放大区:Vbe约为0.5V,Vce约为电源电压的一半,饱和区:Vbe约为0.5V至0.7V,Vce约为0V,截止区:Vbe约为0.4V至0V 0V附近的负电压或低于该值(很少使用),Vce 大约为电源电压。通过敲击测试线(两次),您可以了解电路处于什么状态。
3. 故障排除示例电路2—— 3.1 电路维护的基本要点和顺序:首先是电源,其次是信号,最后是电路本身。 3.2 对于由MCU或DSP组成的电路系统,通常需要首先考虑软件或数据问题,然后在硬件电路本身中实现。如果电风扇不工作。 3.2.1 检查参数设置一般情况下,风扇有三种运行方式:1)上电后运行,2)启动后运行,3)检测到模块温度达到一定值后运行,共有三种:模式。如果设置3),风扇当然不会转动,但这与硬件电路无关。更改相关参数后即可执行。 3.2.2查找具体电路的硬件电路故障(见图6)。 “短路法”可以快速、准确地诊断故障。 1)用金属镊子短接Q1的C、E极,以判断电源和风扇是否良好。如果风扇工作正常,则说明电源和风扇都没有问题。反之,请检查电源和风扇的质量,对于风扇,只能使用DC24V电源来检查质量。您不必完全依赖万用表来检测故障。
2)测量Q1的Vbe电压,判断是电路本身异常还是信号异常。可能会显示以下测量结果: a) Vbe等于R1和R2的分压值(约1.7V)。综上所述,Q1的发射结开路(发射结具有二极管特性,导通电压约为0.6V)。 b) Vbe=0.7V,控制信号正常,结论是Q1集电极开路。 c) Vbe=0V,有三种可能: (1) R1左端测得也为0V。没有信号到达。该故障与该电路无关。检查前级信号传输电路。 (2)测量R1左端为5V。基极电阻R1开路,可通过电阻测量确定; (3)测量R1左端为5V。 Q1 的发射结短路。这可以通过电阻测量来确认。
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