电路中作为有源开关的器件通常有三极管、MOSFET、IGBT这三种,首先看下早起电子开关是怎样分类的(主要按应用场合分类):
- 早期三极管:电压100v以内,电流几A以内。
- 早期MOSFET:电压500v以内,电流30A以内。
- 早期IGBT:电压1500v以内,电流100A以内。
三级管是流控流型元件,由Ib电流控制Ic电流。MOSFET是压控压型,Vgs电压控制Vds电压。IGBT更像是二者的结合体为压控流型,Vg电压控制Ice电流。三者中只有MOSFET的功耗最低,因为它不涉及到电流控制。
本篇我们主要讲的就是三极管,这个 模电开始就一直是我噩梦的元件,器件本身不会产生电流,而需要搭配电路才能正常工作,书本上叫做静态工作点,其实换句话讲它是有源元件。具备电流放大能力。主要分为N型三极管和P型三极管,如下图:
三极管的工作状态包括截止区、放大区、饱和区。你是否会判断它到底工作在放大区还是饱和区是个让人头疼的问题。最好的类比就是水龙头,刚开始转动水龙头的时候,因为没有达到开启位置,所以水龙头没有水流出(截止区),当转动到开启位置时(开启电压),开始由水流流出,水流的大小由水龙头转动的圈数(Ib电流)决定(放大区),但是不是无限制的放大,水龙头接的水管(静态工作点)是确定的,所以随着转动圈数的增大,水流达到最大,再转动圈数,水流不变(饱和区)。详细的类比如下:
水龙头 三极管
不出水 截止区
旋转到开启位置 开启电压(体二极管0.7v)
刚开始出水 有IC电流(放大区)
阀门转动圈数 Ib基极电流
出水量 IC集电极电流
拧动阀门水流最大值 饱和区
基于Ib控制Ic会把你带到一个误区,书中公式告诉我们Ic=β*Ib,β为放大倍数,那么是不是只要Ib足够大,就能输出足够大的Ic,着其实忽略了一个最重要的因素,三极管是有源器件,Ic的最大值受限于静态工作点,三极管是通过改变Uce之间的电压来实现放大的功能,而当想要Ic的电流足够大,那么Uce就得足够小,实际最小也只能到0.3v左右,那么其实最大的Ic值就可以推算出来了,这个时候当Ic<β*Ib时,管子就进入了饱和区。三极管的工作分析示例如下:
总结一下:三极管很少应用在放大电路之中了,与其自己搭建不如运放更有性价比,所以往后我们在应用三极管的时候,只做开关用。