文章目录
- 前言
- 一、三极管输入/输出特性曲线
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- 1. 输入特性曲线
- 2. 输出特性曲线
- 二、三极管稳压电路及原理分析
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- 1. 三极管串联稳压电路
- 2. 稳压原理分析
- 总结
- 参考
前言
这段时间在工作中接触到了稳压二极管压二极管电路。在熟悉电路和阅读文章时，我发现很多文章都是为了介绍的原则不太详细，问题不太正确。
本文首先介绍了三极管，并在此基础上使用建立了三极管稳压电路，最后建立了稳压电路。
一、三极管输入/输出特性曲线
1. 输入特性曲线
当三极管共射极连接时，集电极与发射极之间的电压 U C E U_{CE} UCE反映在不同的电压下 U B E U_{BE} UBE与 i B i_B iB一簇曲线之间的关系被称为三极管。
一般情况下，当 U C E ≥ 1 V U_{CE} ≥ 1V UCE/span>≥1V时，集电结处于反向偏置状态，此时 U C E U_{CE} UCE的增大对 i B i_B iB的影响很小，因此 U C E ≥ 1 V U_{CE} ≥ 1V UCE≥1V以后的共射极输入特性曲线与 U C E ＝ 1 V U_{CE} ＝ 1V UCE＝1V的特性曲线基本重合。
所以，三极管的器件手册中通常只给出一条 U C E ≥ 1 V U_{CE} ≥ 1V UCE≥1V时的输入特性曲线，如上图所示。 输入特性曲线的数学表达式为： i B = f ( U B E ∣ U C E = 常 数 ) i_B = f(U_{BE} |_{U_{CE} = 常数}) iB=f(UBE∣UCE=常数) 三极管的输入特性曲线与二极管的伏安特性曲线很相似，也存在一段死区；硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.2V。导通后，硅管的 U B E U_{BE} UBE约为0.5V，锗管的 U B E U_{BE} UBE约为0.3V。
2. 输出特性曲线
截止区为 i B = 0 i_B = 0 iB=0的那条特性曲线以下的区域。在截止区，三极管的，集电极只有十分微弱的电流 I C E O I_{CEO} ICEO通过，此时三极管失去了放大作用。
当加在三极管发射结的电压大于 P N PN PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不再变化，这时三极管失去对电流的放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。
在饱和区内，对应不同的 i B i_B iB值的特性曲线几乎重合在一起。此时， U C E U_{CE} UCE较小， i C i_C iC虽然增加，但 i C i_C iC增加不大， i B i_B iB失去对 i C i_C iC的控制能力。饱和时，三极管的。三极管集电极和发射极之间的电压称为，记为 U C E S U_{CES} UCES。在中小功率硅管中，通常 U C E S ＜ 0.5 V U_{CES} ＜ 0.5V UCES＜0.5V。
当加在三极管发射结的电压大于 P N PN PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用。
在放大区内，特性曲线近似于一簇的平行线， i C i_C iC的变化量与 i B i_B iB的变化量基本保持线性关系，此时 Δ i C = β Δ i B Δi_C = βΔi_B ΔiC=βΔiB，且 Δ i C ＞ ＞ Δ i B Δi_C ＞＞Δi_B ΔiC＞＞ΔiB， β β β为三极管的电流放大倍数。
同时，在此区域内集电极电压对集电极电流的控制作用很弱，当 U C E ≥ 1 V U_{CE} ≥ 1V UCE≥1V， U C E U_{CE} UCE的增加很难引起 i C i_C iC的增加。此时，若 i B i_B iB不变，则三极管可以看作一个恒流源。
二、三极管稳压电路及原理解析
1. 三极管串联稳压电路
本文基于Multisim搭建了由三极管、稳压二极管、电阻、电容等分立元件构成的三极管串联线性稳压电路，实现将12V直流电压通过三极管、稳压二极管等元件降压至5V，为负载供电。为便于观察，选用LED灯（红）作为电路负载，其工作电压为1.66V，电流5mA。其基本电路拓扑如下图所示：
电阻R1和稳压二极管D1组成基本稳压电路，通过稳压二极管将电压稳定在5.6V；稳压二极管与三极管基极连接，发射极输出，形成一个简单的三极管；此时，发射极电压跟随着基极电压变化，即 U E = U B − U B E U_E = U_B - U_{BE} UE=UB−UBE，其中 U B E U_{BE} UBE为基极与发射极之间的管压降。根据跟随器原理我们就可以产生需要的电压，图中仿真电路的输出电压理论上为5V。
Multisim仿真结果，如下图所示： 从仿真结果可以看出该电路中稳压二极管将电压稳在5.602V，电路的最终输出电压为4.889V（5.602V - U B E U_{BE} UBE，硅管0.6V~0.7V），且输出电压波形稳定，电路的功能基本实现。
2. 稳压原理解析
下面针对电源变化以及负载变化情况，详细分析三极管串联线性稳压电路的输出电压调整过程。
当负载不变，输入电压 U i n U_{in} Uin减小时，输出电压 U o u t U_{out} Uout有下降趋势。由于稳压二极管的存在，三极管基极电压维持不变。此时，基极-发射极电压 U B E U_{BE} UBE增大。由可知， i B i_B iB随着 U B E U_{BE} UBE的增大而增大。三极管发射结正向偏置，集电结反向偏置，处于，有 Δ i C = β Δ i B Δi_C = βΔi_B ΔiC=βΔiB，即 i C i_C iC增加。又因为电路为三极管串联稳压电路，回路电流相同， U o u t = i C ∗ R l o a d U_{out} = i_C*R_{load} Uout=iC∗Rload， U o u t U_{out} Uout增加。
当负载不变，输入电压 U i n U_{in} Uin增加时，输出电压 U o u t U_{out} Uout有增加趋势。由于稳压二极管的存在，三极管基极电压维持不变。此时，基极-发射极电压 U B E U_{BE} UBE减小。由可知， i B i_B iB随着 U B E U_{BE}