晶体三极管工作条件及工作状态的判断

发布时间:2024-02-19
晶体三极管有三个工作区,即放大区、截止区、饱和区。电路设计时,可根据电路的要求,让晶体管工作在不同的区域以组成放大电路、振荡电路、开关电路等,如果三极管因某种原因改变了原来的正常工作状态,就会使电路工作失常;电子产品出现故障,这时就要对故障进行分析,首要的工作就是按前述方法检查三极管的工作状态。
为了对晶体管工作在三个区域的情况有一个较明确的认识。对于具体的检测工作,要注意两点问题:一是最好使用内阻较大的数字万用表进行测量,以减少测量误差,同时避免直接测量时因万用表的内阻小引起三极管工作状态的改变;二是最好分别测量晶体三极管各极对地的电压,然后计算出ube.ubc或uce的值,避免诱发电路故障的可能性。
一、晶体管工作的条件
1.集电极电阻rc:
在共发射极电压放大器中,为了取出晶体管输出端的被放大信号电压use(动态信号),需要在集电极串接一只电阻rc。这样一来,当集电极电流ic通过时,在re上产生一电压降icrc,输出电压由晶体管c-e之间取出,即usc=uce=ec-icrc,所以use也和icrc —样随输入电压ui的发生而相应地变化。
2.集电极电源ec(或vcc):
ec保证晶体管的集电结处于反向偏置,使管子工作在放大状态,使弱信号变为强信号。能量的来源是靠ec的维持,而不是晶体管自身。
3.基极电源eb:
为了使晶体管产生电流放大作用,除了保证集电结处于反向偏置外,还须使发射结处于正向偏置,eb的作用就是向发射结提供正向偏置电压,并配合适当的基级电阻rb,以建立起一定的静态基极电流ib。当vbe很小时,ib=o,只有当vbe超过某一值时(硅管约0.5v,锗管约0.2v,称为门槛电压),管子开始导通,出现ib。随后,ib将随vbe增大而增大,但是,vbe和ib的关系不是线性关系:当vbe大于0.7v后,vbe再增加一点点,ib就会增加很多。晶体管充分导通的vbe近似等于一常数(硅管约0.5v,锗管约 0.5v)。
4.基极偏流电阻rb:
在电源eb的大小已经确定的条件下,改变rb的阻值就可以改变晶体管的静态电流ib,从而也改变了集电极静态电流ic和管压降vce,使放大器建立起合适的直流工作状态。
二、晶体管工作状态的判断
晶体三极管工作在放大区时,其发射结(b、e极之间)为正偏,集电结(b、c极之间)为反偏。对于小功率的npn型硅,呈现为vbe≈0.7v,vbc<0v(具体数值视电源电压ec与有关元件的数值而定):对于npn型锗管,vbe≈0.2v,vbc<0v;对于pnp型的晶体三极管,上述电压值的符号相反,即小功率pnp型硅管vbe≈-0.7v,vbc>0v,对于小功率 pnp型锗管,vbe≈-0.2v,vbc>0v。如果我们在检测电路中发现晶体三极管极间电压为上述数值,即可判断该三极管工作在放大区,由该三极管组成的这部分电路为放大电路。
另外,在由晶体管组成的振荡电路中,其三极管也是工作在放大区,但由于三极管的输出经选频谐振回路并同相反馈到其b、c极之间,使电路起振,那么b、e极之间的电压ube,对于硅管来说就小于0.7v 了(一般为0.2v左右)。如果我们检测出vbe<0.7v,且用导线短接选频谐振电路中的电感使电路停振时vbe0.7v,则可判断该电路为振荡电路。
2.工作在截止区的判断:
三极管工作在截止区时,发射结与集电结均为反偏,而在实际的电路中,发射结也可以是零偏置。这样对于小功率npn型三极管,呈现为vbe≤0,vbc<0v(具体数值主要决定于电源电压ec);对于小功率npn型三极管,呈现为vbe≥ov,vbc≥0v,此时的 vce≈ec,如果我们检测出电路中晶体三极管间电压为上述情况,则可判断该三极管工作在截止区。
3.工作在饱和区的判断:
三极管工作在饱和区时,其发射结与集电结均为正偏。对于小功率npn型硅管,呈现为vbe多0.7v(略大于工作在放大区时的数值),vbc>0v (不大于vbe的值);对于小功率npn型锗管,类似地有vbe≥0.2v(略大于工作在放大区时的值),vbc>ov (不大于vbe的值)。对于pnp型的晶体管,上述电压值的符号相反,即小功率的pnp型硅管,vbe≥-0.7v,vb<0v(不小于vbe的值;小功率pnp型锗管,vbe≤-2v,vbc<0v(不小于vbe的值)。一般情况下,此时的vce≈0.3v(硅管)或 vce≈0.1v(锗管),如果我们检测出电路中的晶体三极管极间电压符合上述情况,则可判断该三极管工作在饱和区。
需要指出一点的是:在有些电子电路中,如开关电路、数字电路等,三极管工作在截止区与饱和区之间相互转换,如附图所示。当a点为0v时,eb通过r1、r2分压使基极处于负电压,发射结反偏;同时集电结也是反偏的,那么三极管t截止;当a点输入为6v时,r1、r2分压使三极管发射结正偏,产生足够大的基极电流使三极管饱和导通,输出端l约为0.3v,此时集电结也为正偏。我们检测电路是否正常时,可以分别使a端输人0v与6v的电压,并分别测量两种情况下的三极管极间电压,看是否符合上述截止与饱和的情况,从而就可以判断该电路工作是否正常。
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