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每周了解几个硬件知识+三极管电路求电压知识

工程师
2024-12-03 19:55:00     打赏

有两个晶体管(transistor),一个NPN和一个PNP,连接方式下图所示。假设此晶体管是硅(Si),并显示0.6伏特(V)基极至发射极电压,且两个晶体管的ß值非常高,使得基极电流几乎为零。

求电压V??


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分析

为了求解电压V??,分析NPN和PNP晶体管的连接方式,并应用晶体管的基本工作原理。

假设两个晶体管的β值非常高,这意味着它们的基极电流几乎为零。在硅晶体管中,当晶体管处于饱和或截止状态时,基极电流可以非常小。

题目还给出了基极至发射极的电压为0.6伏特,这是硅晶体管在正向偏置时的典型电压降。

由于题目没有提供具体的电路连接方式(是共射、共基还是共集连接),以及电源和负载的详细信息,只能做出一些合理的假设来简化问题。

假设电路是一个简单的电压跟随器配置(虽然这通常不是晶体管的标准连接方式,但为了求解问题,暂时这样假设):

NPN晶体管处于饱和状态,其集电极电压接近电源电压(假设为Vcc,但题目未给出具体值)。由于β值非常高,基极电流几乎为零,因此可以认为NPN晶体管的发射极电压Ve1等于基极电压Vb1减去0.6伏特(即Ve1 = Vb1 - 0.6V)。

PNP晶体管也处于类似的状态,但其发射极电压Ve2将高于基极电压Vb2(因为PNP晶体管的发射极是P型材料,当正向偏置时,电压从高到低)。同样地,由于β值非常高,基极电流几乎为零,因此可以认为PNP晶体管的发射极电压Ve2等于基极电压Vb2加上0.6伏特(即Ve2 = Vb2 + 0.6V)。

这里有一个问题:在标准的电压跟随器配置中,NPN晶体管的发射极通常会连接到PNP晶体管的基极(或相反),而这两个晶体管的发射极不会直接相连来形成一个共同的电压V??。假设可能并不符合题目的实际意图。

假设题目中的电路是一个特殊的、非标准的配置,并且两个晶体管的发射极确实通过某种方式相连形成了电压V??,那么可以尝试通过以下方式求解:

由于两个晶体管的基极电流几乎为零,可以认为它们的基极电压是相等的(即Vb1 = Vb2 = Vb)。

假设NPN晶体管的发射极电压为Ve1,PNP晶体管的发射极电压为Ve2,且Ve1 = Ve2 = V??(求解目标)。

由于NPN晶体管的发射极电压Ve1 = Vb - 0.6V,而PNP晶体管的发射极电压Ve2 = Vb + 0.6V,在正常情况下这两个电压是不相等的。特殊假设中,它们被强制相等(即V?? = Ve1 = Ve2)。

这里出现了一个矛盾:在标准的晶体管电路中,NPN和PNP晶体管的发射极电压不可能同时等于同一个值(除非它们处于某种特殊的、非标准的工作状态)。因此,这个问题可能没有一个符合常规电路理论的解。


忽略这个矛盾并继续求解(仅作为数学练习),可以设置等式:

Vb - 0.6V = Vb + 0.6V - Vcc(这里引入了Vcc作为NPN晶体管的电源电压)

但这个等式显然是不成立的,因为它会得出Vcc = 1.2V的荒谬结论(而实际上Vcc应该是一个远大于1.2V的值)。


因此,必须得出结论:根据题目给出的信息和的假设,这个问题无法得出一个合理的解。这可能是因为题目中的电路配置不是标准的晶体管电路配置,或者题目缺少了一些关键的信息(电源电压、负载电阻等)。



第一步


image.png

对于NPN基本上为零的基极电流,R1和R2的电压在NPV的基础上将+12V导通电压分压为+4V。当Vbe为0.6V时,NPN发射极为+3.4V,在R3中流过的电流为3.4mA。



第二步    接下来的问题是,NPN发射器和R5如何共享3.4mA电流?


image.png

PNP的Vbe为0.6V,如此使得R4中的电流为0.06mA或60μA。在PNP基极电流几乎为零的情况下,由于NPN的ß值非常高,60μA成为NPN的集电极(collector)电流,也变成NPN的发射极电流。  


流过R5的电流必须是R3的3.4mA电流和NPN发射极的0.06 mA电流之间的差值。该值为3.4-0.06=3.34mA。
第三步image.png

R5上的电压降为3.34V,当加到R3顶端的3.4V时,将R5和PNP集电极的顶端放在+ 6.74V。

实际输出电压仿真结果:

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总结:

根据分析实际理论算出的值与实际仿真的结果都在一定的范围,可以看到理论知识的重要性,从中学习到了具体的求证方法,从而得到具体的值。






专家
2024-12-04 00:04:33     打赏
2楼

感谢分享


院士
2024-12-04 06:54:09     打赏
3楼

谢谢楼主的分享~!


专家
2024-12-04 13:52:01     打赏
4楼

仿真软件很直观,方便理解电流走向和电压分布


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