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关于三极管,我忽视了两点

发布人:yingjian时间:2022-06-22来源:工程师

主要有两个问题

第一个问题:一个已经做出来的三极管的放大倍数β(hfe)是固定的吗?

第二个问题:下面的三极管进入饱和导通时,Vout一定是低电平吗?


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三极管的放大倍数β

我们在学习模电的时候,好像说过,一个已经生产出来的确定的三极管,那么它的放大倍数β是固定的。而事实并非如此,β与IC的电流大小有关。

以LMBT222ALT1G为例子,这是一个NPN三极管,之所以以这个为例,是因为这个三极管的手册写得比较全面。

下面是IC与放大倍数的曲线图:

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纵坐标是hfe,也就是放大倍数β,坐标轴是对数的。

可以看到,不同的IC电流,放大倍数是有变化的,并且在电流超过100mA时,β是急剧下降的。

除此之外,我们也可以看到,放大倍数跟温度也是有较大的关系的,温度越高,放大倍数越大。

 

下面看看最常用的MMBT3904的曲线

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在电流超过10mA时,放大倍数也是急剧下降的。

 

总的来说,就是一个确定的三极管,其实际放大倍数也不是固定不变的,跟其工作的电流和温度有关系。

 

饱和导通的Vce

我们有时会用到下面的开关电路,一般来说,我们会计算出临界饱和导通的Ib电流,然后实际用更小阻值的Rb电阻,让IB电流更大,这样可以让三极管进入深度饱和状态,这样Vce更小,确保可以得到低电平。

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那问题来了,究竟要让Rb小到多少合适呢?

这个跟IC的电流也有较大的关系,关于这一点,也是跟我交流的兄弟告诉我的。我工作中实际用到的情景,大都是小电流的,IC都不会超过10mA。

 

还是以LMBT222ALT1G手册为例,下面是Vce与IB,IC的关系。

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我们从曲线大致可以看到,放大倍数大概是100。

在IC=10mA时,只需要让IB稍稍大于临界饱和电流10mA/100=0.1mA,就可以将Vce控制在0.2V以下了,这时已经可以视为低电平了。

而在IC=150mA时,如果只是让IB稍稍大于临界饱和电流150mA/100=1.5mA,Vce的电压是在0.8V左右,这是不能看作是低电平的了。另外,从曲线上看,如果要让Vce在0.2V,那么IB需要大于6mA,也就是说是原来1.5mA的4倍

 

我们也可以从LMBT222ALT1G手册看到这一项描述

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可以看到,在IC=500mA,IB=50mA时,此时三极管已经处于饱和状态,并且还不是临界饱和状态,因为IC/IB=10,而此时三极管的放大倍数是大于40的(可以从手册中看出来,就不截图了),也就是说,这个三极管已经进入饱和状态有一定的深度,但是Vce(sat)的最大值可以依然达到1V,可见,深度不够。

 

所以,并不是三极管只要进入饱和状态,输出电压就能看成是低电平,这个跟电流的大小有关系。IC电流比较大时,Vce(sat)可能比较大。

下面是跟我沟通的兄弟的使用情况:

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总之,使用场景中,如果IC的电流比较大,那么就需要特别注意IB是否够大。

 

那问题来了,究竟Rb取多大阻值,IB电流为多少能让输出低电平?

之前文章提供了一个计算方式,算得了一个Rb的上限值,就有兄弟说,不留裕量吗?裕量自然是要留的,但是问题就出在了裕量留多少,阻值取计算值的一半,十分之一,还是多少?

这个又成了经验值了,没有统一的标准。

 

如果现在非要让我给出一个具体的方式,我觉得下面这个方式是可行的:

在IC<10mA时:电流比较小,可以选择合适的Rb,让IB≥1/10*IC。

一般来说,三极管的放大倍数肯定是大于10的,满足IB≥1/10*IC时,三极管肯定可以进入一定深度的饱和,并且有相对较高的裕量。这种方式有个好处,就是不需要去查具体的三极管的放大倍数,不用翻手册。

在IC>10mA时:那最好是去翻下手册,查看对应的参数,曲线了,电路做好了之后还要实测。

 

以上就是我个人的理解,如果有不同意见或者是补充,可以留言指出。

 

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关键词: 三极管

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