如果我对你说实话,D1和R2的安排很奇怪,真的无助于理解太多。有更好的电路来说明晶体管和电阻器的作用,但我将尽力解释发生了什么,我将尝试分阶段进行。
在考虑其他事项之前,您必须首先了解以下内容:
LED是一个二极管。
在晶体管的基极和发射极端子之间是另一个二极管。
您还必须了解:
- 当电流以“正确”的方式流过二极管时,二极管将尽力防止其上的电压超过某个极限。
对于红色LED,极限约为1.5V。对于基极-发射极结(以及任何常规的硅二极管,如流行的1N4148和1N4001),极限为0.7V左右。为了观察这种行为,让我们模拟一个测试电路,在该电路中,我们试图提高LED、晶体管B-E结和常规二极管之间的电压:
模拟此电路–使用创建原理图电路实验室
如果我缓慢地将电源电压V1从0V增加到+3V,\$V_A\$,\$V _ B\$和\$V_C\$将很好地跟随,但最终,当它们达到额定“正向电压”时,它们开始非常剧烈地传导,反对进一步增加:
LED在抵抗超过1.5V限制的电压升高的能力上有点“弱”,但其他两个LED确实在努力阻止其电压升高到0.7V以上。无论如何,二极管行为足够清晰。当二极管上的电压接近某个阈值时,二极管的有效电阻急剧下降,这往往会阻止二极管上的电流进一步上升。
在您的电路中,我们有R1、晶体管B-E结和D1,它们都是串联的:
模拟此电路
你需要熟悉基尔霍夫电压定律(KVL)来理解我的下一个主张:如果V1足够大,由于这里的两个“二极管”施加的电压上限,电位\$V_A\$将:
$$V_A=0伏+(+1.5伏)=+1.5伏$$
潜力\$V _ B\$将:
$$V_B=V_A+(+0.7V)=(+1.5 V)+(+0.7 V)=+2.2 V$$
R1上的剩余电压将是差值\$V_1-V_B=7.8伏\$允许我们计算电流\美元(_B)\$流入底座,流出发射器,最终通过LED,使用欧姆定律:
$$I_B=压裂{V_{R1}}{R_1}=压裂{7.8V}{10k\Omega}=780\mu A$$
这很容易点亮LED。
我们已经确定了基本潜力\$V _ B\$将有效地“钳制”到接近+2.2V的最大值,无论其他情况如何,这都是正确的。这就是二极管和基极静电针组结的性质,我鼓励您在此时在自己的模拟器中亲自验证,此箝位的组合最大值为\$1.5伏+0.7伏=2.2伏\$发生,无论SW1的状态如何。
您正确地将R1和R2确定为形成电位分压器,其中(忽略任何其他影响)基本电位\$V_B美元\$将:
$$V_B=12V\times\frac{R_1}{R_1+R_2}=12\times\frac{1}{11}=+1.1V$$
所以,当SW1闭合时,基极电位\$V_B美元\$应降至约+1V。请记住,二极管(B-E结和串联LED)不会对抗低于+2.2V的组合电压,因此不会阻止这种情况\$V_B=+1V\$SW1关闭时:
模拟此电路
注:由于电流通过底座和“加载”分流器的LED在R3周围分流,\$V _ B\$略低于预测的+1.1V。
SW1闭合基极电位\$V _ B\$LED电压也会下降\$V_A\$,远低于点亮LED所需的值,因此LED变暗。您的问题“为什么包括R3?”的答案是,如果没有R3,当SW1关闭时,基极电位不会低于熄灭LED所需水平。
到目前为止,我们还没有连接收集器,但SW1打开时LED将亮起,SW1关闭时LED将变暗。换句话说,无论收集器连接与否,SW1都控制LED状态。这就是为什么我声称这条赛道是一个糟糕的例子,只会造成混乱;SW1会(糟糕地)控制有或没有晶体管的LED状态!
然而,也有一些补救办法,因为电路仍然允许我们看到晶体管如何充当电流放大器。如果我们现在连接集电极和R2,并测量电流,我们将看到晶体管做着它天生的事情,放大:
模拟此电路
电流表显示基极电流\美元(_B)\$保持在700微安左右,但晶体管将160倍的电流吸入集电极\美元I_C\$基极和集电极电流之和出现在发射器上,总计12mA点亮LED许多的光明。
我再说一遍,这个电路不是一个很好的例子,但至少你可以看到晶体管的放大作用。除此之外,将LED放在发射器上实际上没有任何意义,在这种应用中,开关用于完全点亮LED或完全熄灭LED。有更好的电路,更容易理解。
当“负载”(本例中为LED)像这样连接在发射器上时,晶体管的配置称为“公共收集器(也称为“发射器跟随器”),与公共发射器“.我鼓励你研究它们,因为它们的行为是非常非常不同的。不幸的是,该电路的作者将这两种元素结合在一起,这对于晶体管的新手来说很难理解。从一种或另一种开始,然后检查当你将元素同时放在集电极和发射极时会发生什么,就像现在一样这里的案例。