议晶体三极管的工作状态

科 技 博 览 夏红钗 施晓钟 浙江省嵊州市中等职业技术学校 浙江,嵊州 312400议晶体三极管的工作状态 [摘 要]用结偏置的判定法、电流关系判定法和电位判定法三种方法来判定晶体三极管的工作状 态,以及三极管的放大工作状态的应用、饱和与截止工作状态的应用电路。 [关键词]工作状态 发射结 集电结 放大 截止 饱和 反相器 第四阶段 中升温阶段 低温保温时间达到后,进入中升温阶段,此时关闭冷却水阀门,将 辅剂加入反应釜中,进入自然升温,当时间到达 H6后,加入第二种辅 剂,记录此时的釜温 Th6,此时需要对反应釜进行补温,需要在 H7时 间内将釜温由Th6线性升到T8。 本仍然采用釜温外环、夹套内环的串级控制,此时的执行机 构为蒸汽阀门,温度设定值的目标函数为:Ty5=k5Hx5+Th6,其中 k5= (T8-Th6)/H7。该阶段中反应釜升温缓慢,夹套温度基本上要求高于釜 温2℃~3℃,夹套温度升的过快或过慢,都不利于釜温的线性升温,此 阶段参考 PID为:内环 P=7~10,I=30~40mins,D=15~25secs;外环 P=20~40,I=10~20mins,D=0secs。 第五阶段 高温保温阶段 中升温阶段温度达到后,进入高温保温阶段,此时关闭蒸汽阀和 冷却水阀,釜内的聚合反应已经基本上结束,整个保温阶段釜温基本 保持不变,只需在检测到釜温超高到危险值时间歇开启大冷却水阀, 保持釜温稳定。 第六阶段 大冷却阶段 高温保温阶段时间达到后,进入大冷却阶段,与低温加热阶段一 样,为了缩短降温时间以缩短聚合周期,增加产量,希望冷却速度越快 越好,因而在该阶段实行位式控制,全开大冷却水阀,使温度尽快下 降。釜温冷却到达到出料温度,一个温控周期结束。 三、总结与展望 本方案在某工厂EPS项目中实施应用,控制效果较好、自动投运 率较高。通过专家经验控制方案的实施,缩短了升温到恒温的时间,使 低温升温到大冷却的整个过程,由原来的 16小时以上缩短为 14～15 个小时,提高了生产效率。 虽然本方案取得了一些成果,但由于时间的限制,许多工作还来 不及展开,还有很多细节有潜力可以挖掘,包括对中温保温阶段的温 度控制精度、配方管理、区段变PID控制等,可以作进一步的研究。 参考 翁维勤、孙洪程等《过程控制系统及工程》化学工业出版社 2001 王常力 廖道文《集散控制系统设计与应用》清华大学出版社 1993 田华 蒋慰孙 《间歇反应罐的智能控制系统结构探讨》化工自动化及仪表 1992.2 晶体三极管是电子线路中的一个重要元器件,按半导体类型 分类,有NPN型和PNP型;可以用锗材料制造,也可以用硅材料制造。 三极管的工作状态是正确地运用三极管的前提和基础。本文针对三极 管工作状态的判断方法及在不同工作状态下三极管的应用作一个阐 述。 三极管根据发射结和集电结偏置状态的不同,其工作状态可分为 截止、放大和饱和三种。怎样判定三极管处于何种工作状态可用下述 三种方法。 一、三极管结偏置的判定法 三极管发射结、集电结的偏置和管子工作状态的关系示于表一。 二、三极管电流关系判定法 三极管的 电流和工作状态间的关系如表二所示。其中的参量IBS 称为三极管临界饱和时基极应注入的电流,IBS大小为 IBS=(VCC-VCES)/βRC 通常对硅管而言,临界饱和时三极管集电极、发射极间的饱和压 降VCES=0.7V,深饱和时的VCES≈0.1～0.3V。当基极偏置电流 IB*≥IBS 时,三极管V饱和,而当0IBS,故图1(c)电路中的V处于饱和状态。 三极管处于放大状态的电路通常为放大电路,而三极管处于截止 和饱和状态的电路常称为开关电路。前者主要应用与模拟电路中,三 极管作为放大管使用;而后者主要出现在数字电子电路中,三极管作 为开关管使用。作为放大管使用时,我们常采用硅管,作为开关管使用 常采用锗管。 下面以NPN管单级共射放大电路为例说明三极管处于放大状态 时的工作原理。一个由三极管构成的放大电路对输入的交变信号能进 行正常的放大需具备下述两个条件: (1)静态情况下,即 Vs(或 Vi)为零时电路必须要有合适的静态工 作点,使三极管处在正常的放大状态,此时三极管的发射结 E结需正 向偏置,集电结C结为反向偏置。 (2)有信号输入时,即Vs(或Vi)不为零时,应保证交流信号能顺利 进入三极管V的输入回路,对于共射型电路而言,信号应能进入三极 管V的基极B和发射极E之间。此外在输出端 Vo处应能得到不失真 的放大了的信号。 例 2.工作稳定电路如下图 2,已知三极管 V的 VBE=0.7V,β=50, rbb'=100Ω,Rb1=8KΩ,Rb2=2KΩ,RC=2KΩ,Re=850Ω,RL=3KΩ, VCC=+12V。 1.试计算静态工作点Q。 2.试计算AV、Ri、R0。 解: 1.电路静态工作点Q的计算 VB=Rb2/(Rb1+Rb2)×VCC=2/(8+2)×12=2.4V VE=VB-VBE=1.7V IEQ=VE/Re=1.7/0.85=2mA ICQ≈IEQ=2mA IBQ=ICQ/β=40uA VCEQ=VCC-ICQ.RC-IEQ.Re≈VCC-ICQ(RC+Re)=12-2×(2+0.85)=6. 3V 2.参量AV、Ri、Ro计算 rbe=rbb'+(1+β)26/IEQ=100+51×26/2=763Ω AV=-βRL’/rbe=-β(RC∥RC)/rbe=-50×(2∥3)/0.763=-79 Ri=Rb1∥Rb2∥rbe=8∥2∥0.763=0.517KΩ Ro=RC=2KΩ 根据第二种判别方法可知,∵IBQ=40uA>0,ICQ≈IEQ=βIBQ=2mA, ∴三极管处于放大工作状态。当信号Vi输入时,Vo就能不失真地放 大并从RL两端输出。 三极管不但能组成放大电路,而且能组成常见的反相器,来实现 输入信号的反相,下面举例来分析,看看三极管的工作状态。 例3.反相器电路如图3所示。+VC=+12V,+VB=-12V,R1=1.5KΩ, R2=18KΩ,RC=1KΩβ=30。设V管的VCES≈0.1V,VBE=0.7V。 试问: 1.当Vi为何值时,V管饱和。 2.若Vi=0V,V0电压值为多大,V管处于何种状态。 解: 1.设V管饱和,则VB=0.7V IB=I1-I2=(vi-VB)/R1-(VB+EB)/R2 IBS=EC/βRC ∵IB≥IBS ∴(Vi-0.7)/1.5-(0.7+12)/18≥12/30 解得 Vi≥2.36V,当 vi≥2.36V时,三极管 V饱和,输出 vo=VCES≈ 0.1V=0V为低电平。 2.当vi=0V时,IB电流为 IB=-I2=-(VB+EB)/R2=-(0.7+12)/18≈-0.63mA ∵IB<0 ∴三极管V的发射结反偏,V管截止。 ∴VBE≈EC=12V 若反相器输入信号vi为脉冲信号,输入输出波形图如下图4。 即当vi为低电平时,V管截止,vo为高电平;而当vi为高电平时,V 管饱和,vo为低电平,这样就满足了输入输出的反相关系。 从上面三极管的放大电路和反相器两种电路可以看出,三极管的 不同工作状态有不同的功能,组成不同的电路。所以要灵活运用晶体 三极管,就必须熟练地掌握上述三种判定三极管处于何种工作状态的 方法,这样才能正确分析三极管处于何种工作状态,进而分析电子电 路的功能就事半功倍了。 参考文献 [1]张龙兴.电子技术基础.高等教育出版社,2001. [2]王克义,李洁.电子技术数字电路基础.北京大学出版社,1996. [3]陈振源,电子技术基础.高等教育出版社,2001. 科 技 博 览 !"#