一、晶體管工作的條件
1.集電極電阻Rc:
在共發射極電壓放大器中,為了取出晶體管輸出端的被放大信號電壓Use(動態信號),需要在集電極串接一只電阻Rc。這樣一來,當集電極電流Ic通過時,在Re上產生一電壓降IcRc,輸出電壓由晶體管c-e之間取出,即Usc=Uce=Ec-IcRc,所以Use也和IcRc —樣隨輸入電壓Ui的發生而相應地變化。
2.集電極電源Ec(或Vcc):
Ec保證晶體管的集電結處于反向偏置,使管子工作在放大狀態,使弱信號變為強信號。能量的來源是靠Ec的維持,而不是晶體管自身。
3.基極電源Eb:
為了使晶體管產生電流放大作用,除了保證集電結處于反向偏置外,還須使發射結處于正向偏置,Eb的作用就是向發射結提供正向偏置電壓,并配合適當的基級電阻Rb,以建立起一定的靜態基極電流Ib。當Vbe很小時,Ib=O,只有當Vbe超過某一值時(硅管約0.5V,鍺管約0.2V,稱為門檻電壓),管子開始導通,出現Ib。隨后,Ib將隨Vbe增大而增大,但是,Vbe和Ib的關系不是線性關系:當Vbe大于0.7V后,Vbe再增加一點點,Ib就會增加很多。晶體管充分導通的Vbe近似等于一常數(硅管約0.5V,鍺管約 0.5V)。
4.基極偏流電阻Rb:
在電源Eb的大小已經確定的條件下,改變Rb的阻值就可以改變晶體管的靜態電流Ib,從而也改變了集電極靜態電流Ic和管壓降Vce,使放大器建立起合適的直流工作狀態。
二、晶體管工作狀態的判斷
晶體三極管工作在放大區時,其發射結(b、e極之間)為正偏,集電結(b、c極之間)為反偏。對于小功率的NPN型硅,呈現為Vbe≈0.7V,Vbc0V(具體數值視電源電壓Ec與有關元件的數值而定):對于NPN型鍺管,Vbe≈0.2V,Vbc<0V;對于PNP型的晶體三極管,上述電壓值的符號相反,即小功率PNP型硅管Vbe≈-0.7V,Vbc 0V,對于小功率 PNP型鍺管,Vbe≈-0.2V,Vbc>0V。如果我們在檢測電路中發現晶體三極管極間電壓為上述數值,即可判斷該三極管工作在放大區,由該三極管組成的這部分電路為放大電路。
另外,在由晶體管組成的振蕩電路中,其三極管也是工作在放大區,但由于三極管的輸出經選頻諧振回路并同相反饋到其b、C極之間,使電路起振,那么b、e極之間的電壓Ube,對于硅管來說就小于0.7V 了(一般為0.2V左右)。如果我們檢測出Vbe<0.7V,且用導線短接選頻諧振電路中的電感使電路停振時Vbe0.7V,則可判斷該電路為振蕩電路。
2.工作在截止區的判斷:
三極管工作在截止區時,發射結與集電結均為反偏,而在實際的電路中,發射結也可以是零偏置。這樣對于小功率NPN型三極管,呈現為Vbe≤0,Vbc<0V(具體數值主要決定于電源電壓Ec);對于小功率NPN型三極管,呈現為Vbe≥OV,Vbc≥0V,此時的 Vce≈Ec,如果我們檢測出電路中晶體三極管間電壓為上述情況,則可判斷該三極管工作在截止區。
3.工作在飽和區的判斷:
三極管工作在飽和區時,其發射結與集電結均為正偏。對于小功率NPN型硅管,呈現為Vbe多0.7V(略大于工作在放大區時的數值),Vbc>0V (不大于Vbe的值);對于小功率NPN型鍺管,類似地有Vbe≥0.2V(略大于工作在放大區時的值),Vbc>OV (不大于Vbe的值)。對于PNP型的晶體管,上述電壓值的符號相反,即小功率的PNP型硅管,Vbe≥-0.7V,Vb<0V(不小于Vbe的值;小功率PNP型鍺管,Vbe≤-2V,Vbc<0V(不小于Vbe的值)。一般情況下,此時的Vce≈0.3V(硅管)或 Vce≈0.1V(鍺管),如果我們檢測出電路中的晶體三極管極間電壓符合上述情況,則可判斷該三極管工作在飽和區。
需要指出一點的是:在有些電子電路中,如開關電路、數字電路等,三極管工作在截止區與飽和區之間相互轉換,如附圖所示。當A點為0V時,EB通過R1、R2分壓使基極處于負電壓,發射結反偏;同時集電結也是反偏的,那么三極管T截止;當A點輸入為6V時,R1、R2分壓使三極管發射結正偏,產生足夠大的基極電流使三極管飽和導通,輸出端L約為0.3V,此時集電結也為正偏。我們檢測電路是否正常時,可以分別使A端輸人0V與6V的電壓,并分別測量兩種情況下的三極管極間電壓,看是否符合上述截止與飽和的情況,從而就可以判斷該電路工作是否正常。
三、小結
晶體三極管有三個工作區,即放大區、截止區、飽和區。電路設計時,可根據電路的要求,讓晶體管工作在不同的區域以組成放大電路、振蕩電路、開關電路等,如果三極管因某種原因改變了原來的正常工作狀態,就會使電路工作失常;電子產品出現故障,這時就要對故障進行分析,首要的工作就是按前述方法檢查三極管的工作狀態。
為了對晶體管工作在三個區域的情況有一個較明確的認識,附表列出了有關具體情況,供參考理解。對于具體的檢測工作,要注意兩點問題:一是最好使用內阻較大的數字萬用表進行測量,以減少測量誤差,同時避免直接測量時因萬用表的內阻小引起三極管工作狀態的改變;二是最好分別測量晶體三極管各極對地的電壓,然后計算出Ube.Ubc或Uce的值,避免誘發電路故障的可能性。
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