模电 三极管的分析题

如题所述

这么简单的问题?
先不管三极管的基极分流。只关注1kΩ和6kΩ串联分压,可以很容易的算出来基极电位为
15V x 6/7 - 12V=0.86V。显然,这个电位已然高于三极管发射结导通所需电位。
因此三极管将导通,此时基极电位被钳位在0.7V,可进一步求出流进三极管基极的电流为
Ib=(3V - 0.7V)/1k欧姆 -(0.7V + 12V)/6kΩ=0.18mA。
因此三极管集电极电流可达到(先不考虑集电极电阻的影响)
Ic=βIb=9mA。
由已知,集电极电流为(12V - 0.3V)/3kΩ≈4mA时,三极管就会饱和。而9mA>4mA,可知三极管必然处于饱和状态。
注:硅管的饱和压降约0.3V。追问

感谢解答!

目前还有一个地方不太清晰,请问这个饱和电压指的是输出回路中,CE间的电压是吗?然后 9ma>4ma 怎么就判断饱和了呢?

追答

唉!怎么说呢?现在教电子的老师,很多本身就是半瓶子水,怎么教学生?

重新换个讲法:所谓晶体管饱和,就是集电极电流Ic不再随着基极电流Ib的增大而增大、ce两极之间的电压减小到0.3V(硅管)的状态。Vce=0.3V是Ic不能继续增大的前提。

“饱和”,一般都是指某种东西不能再继续增大的状态。比如溶液的饱和------溶质不能再增加;人口的饱和------人口不再增多。……

这个状态是怎样产生的呢?如下图:

(点击图片放大看)

电源电压恒为6V,三极管β值恒为100,集电极电阻为1kΩ。调节基极电阻值(变阻器的滑片),使基极电流分别取下列值,对应的其他量则分别为:

Ib=10μA,则Ic=1mA、URc=1mAx1kΩ=1V、Uce=6V-1V=5V;
Ib=30μA,则Ic=3mA、URc=3mAx1kΩ=3V、Uce=6V-3V=3V;
Ib=50μA,则Ic=5mA、URc=5mAx1kΩ=5V、Uce=6V-3V=1V;
Ib=56μA,则Ic=5.6mA、URc=5.6mAx1kΩ=5.6V、Uce=6V-5.6V=0.4V;
Ib=57μA,则Ic=5.7mA、URc=5.7mAx1kΩ=5.7V、Uce=6V-5.7V=0.3V;
Ib=58μA,则Ic=5.7mA、URc=5.7mAx1kΩ=5.7V、Uce=6V-5.7V=0.3V;
Ib=59μA,则Ic=5.7mA、URc=5.7mAx1kΩ=5.7V、Uce=6V-5.7V=0.3V;
Ib=60μA,则Ic=5.7mA、URc=5.7mAx1kΩ=5.7V、Uce=6V-5.7V=0.3V;
Ib=70μA,则Ic=5.7mA、URc=5.7mAx1kΩ=5.7V、Uce=6V-5.7V=0.3V;
Ib=110μA,则Ic=5.7mA、URc=5.7mAx1kΩ=5.7V、Uce=6V-5.7V=0.3V;
……
你会看到,最初随着Ib的增大,Ic会随着增大,Rc两端电压URc=IcRc必然随之增大,导致Uce=6V-URc随之减小。当Ib增大到57μA以后,URc增大到5.7V、Uce减小到0.3V以后,Uce将会维持在0.3V不再继续减小并保持不变。
此后的集电极电流Ic=URc/Rc=(6V-0.3)/1kΩ=5.7mA,这个值也不能再变化,此后无论Ib怎样增加,Ic都不会随之增大了------Ic饱和了!此时,Uce恒等于0.3V。
当然,对于实际的硅三极管来说,0.3V只是一个大概值,Ic越大,这个Uce的饱和值越大,但一般都在0.2~0.3V的样子,不会怎么超过0.3V。
因此,当三极管工作在开关状态,它的饱和功耗是很小的。例如,某大功率三极管饱和状态的Ic=20A(这样的电流算是很大了),则它的耗散功率约为0.3Vx20A=6W,此时一个厚1.5mm、面积十几平方厘米小散热片就能保证良好的散热。

追问

多谢!受教了。之前学到的:是判断发射结和集电结都是正偏时,就判断饱和。
现在这样看来,有些片面了。在发射结正偏、集电结反偏时也有可能会饱和(只要Ib大于某一个临界值,就像之前图解里Ib=57ua时候)。是吧?

追答

你理解的并不片面,完全确实!

发射结、集电结均正偏,确实标明三极管饱和了。对于NPN管来说,表现为基极电位既高于发射极电位,也高于集电极电位。

问题是,这种现象是如何产生的?βIb>Ic是关键,这一点和Uce<0.3V互为因果。Uce<0.3V导致Ic无法继续跟随Ib增大,反过来说,Ib>Ic/β也必然导致Uce<0.3V。

一旦Uce<0.3V,即三极管的工作点进入红线左侧,Ic就无法随Ib增大,三极管进入饱和。

追问

多谢🙏,明白了。

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