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\$\开始组\$

我目前正在读查尔斯·普拉特的《制造:电子产品》。在图3-87的第129页上,我发现了一个电路,我在下图中重建了它:电路电路应执行以下操作:如果开关SW1断开,晶体管T1应闭合,LED应点亮。如果开关闭合,晶体管应断开,led应熄灭。

我的问题是,为什么作者添加了R3?在模拟中,我去掉了R3,并将R1改为11k欧姆。至少就我所知,电路的运行方式完全相同。11k欧姆是一个非标准值,这就是为什么作者必须把10k和1k串联起来构造它的原因吗?如果是,为什么他在切换之后而不是之前添加它?

在电路中,R1和R3充当分压器,但这有什么用途?

总的来说,我的问题是,为什么要包括R3?

\$\端组\$

3个答案

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\$\开始组\$

在电路中,R1和R3充当分压器,但这有什么用?总的来说,我的问题是,为什么要包括R3?

R3确实是多余的。为什么包括在内?。。。也许是为了说明这一点关闭LED你只需要将晶体管的基极电压(相对于GND)降低到+2.6V DC以下,因为如果LED的阳极电压低于约2V,LED就会拒绝导电。
正如您所指出的,通过SW1将底座直接短接至GND当然会关掉LED。
打开时,SW1向原始电路中的GND发送1.091 mA。在消除R3的改进电路中,1.2 mA通过SW1分流至GND。晶体管基极电流为零。SW1打开时,约0.94 mA电流流入晶体管底座。

此外,请注意,晶体管集电极及其相关电阻器R2仅在晶体管打开时才激活……开关由基极发射器电压控制。这里的晶体管主要用作开关(开或关)。

如果缓慢提高基极电压,则只有当基极电压高于LED阈值电压约0.6V(约2V?)时,LED才会开始发光。当基极电压稍微升高时,LED亮度迅速增加。如果将基极电压提高到约2.6V以上,晶体管基极-发射极结会向LED传递大量电流。。。过大的基极电流会破坏晶体管基极-发射器结(或LED)的过电流。

\$\端组\$
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  • 1
    \$\开始组\$ 要关闭晶体管(参考指示符-!),基极电压必须低于晶体管基极发射器电压(Vbe)和LED正向电压(Vf)之和。对于许多常见组件,总电压约为2.3 V至2.7 V,而不是1.2 V。 \$\端组\$ 5月4日16:08
  • \$\开始组\$ @AnalogKid已更正。。。要关闭LED,请将基极对地电压降至约2.6V以下,而不是1.2V \$\端组\$ 5月4日16:32
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\$\开始组\$

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:

  1. LED是一个二极管。

  2. 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:

  1. 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:

示意图

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\$\$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:

在此处输入图像描述

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:

示意图

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:

示意图

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:

示意图

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。

\$\端组\$
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  • \$\开始组\$ 非常感谢你非常详细的回答,我从中学到了很多。我已经转到霍洛维茨和希尔的《电子艺术》,这让我的问题更少了。当我问为什么包括R3时,我的意思是用0欧姆替换R3,这会在SW1关闭时将晶体管底座拉至0伏。这实际上可以实现相同的功能。关于您对该电路的教育价值的评论,作者将该电路扩展为“家庭安全系统”,SW1将被串联的簧片开关取代。 \$\端组\$
    – 巴鲁
    5月18日18:58
  • \$\开始组\$ @巴鲁,我明白了,R3=0Ω,甚至只是一些低值,比如100Ω,代表一个不完美的开关,这当然更有意义,但把LED放在发射器路径中仍然很奇怪。这样做可能有很好的理由,我不知道作者想达到什么目的。我喜欢那本书,《AoE》,它在早年对我来说是无价的,我仍然不时地提到它。 \$\端组\$ 5月19日2:50
-1
\$\开始组\$

EE工程。所以晶体管是一个电压控制电流源,但我们知道,由于KCL定律,流入基极的电流也会影响源极和漏极电流。因此,你需要用R1和R2创建一个分压器来驱动一些电流,然后晶体管将至少10倍的电流拉入基极,这样就不会影响偏置电路(当通过电阻器拉入更多电流时,基极处的电压也会升高,从而改变晶体管的工作点。)所以这个分压器在操作过程中产生了更稳定的偏置。如果你需要对其中的任何部分进行更好的解释,你可以继续提出更多问题。我希望这能有所帮助。

\$\端组\$

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