在數位電路的領域,常常把電壓簡化為電平,來描述邏輯狀態。比如ttl電平訊號規定,+5v等價於邏輯「1」,也稱為高電平,0v等價於邏輯「0」,也就是低電平。數位電路裡,只有0和1兩個狀態。其實從0v到+5v,有無數個電壓,為了便於處理數位電路,我們可以把無數個狀態按照電壓範圍,簡化為2個電平,因為我們只需要2個電平就能描述0和1這兩種狀態。
假設有兩個電路板需要通訊,但是兩個電路板的電平標準不一樣:對於數字「1」,乙個板子認為5v左右的電壓表示「1」;另乙個板子認為3.3v左右的電壓表示「1」。即兩個板子對於高電平的定義不一樣,不能直接通訊,這中間就需要乙個翻譯。
翻譯工作可以由乙個三極體電路來完成。由於只有0和1兩種情況,此時我們稱三極體工作在開關狀態。
當三極體的發射結導通以後,集電極與發射極之間會有電子流動,形成通路。飽和時集電極與發射極之間的電壓vce最低只有幾十毫伏,可以忽略不計。所以,我們可以把輸入的電平連線到三極體的基極。對於npn型的三極體,把電源正極連線集電極,電源地連線發射極。然後從集電極引出輸出電平。如果發射結導通,輸出電平等於vce,約等於0;如果發射結截止,輸出電平等於電源電壓。為了保證即便集電極與發射極導通,電源也不會被短路,應該在集電極串聯乙個電阻;同時,如果基極電流過大,可能在發射結導通的時候燒壞三極體,所以基極應該有串聯電阻,因此可得原理圖:
分析原理圖可知,基極高電平時,發射結導通,集電極「相當於」接地(其實還有幾十毫伏飽和壓降);基極低電平時,發射結不導通,集電極與vcc連線,是高電平。此電路可以實現電平轉換的功能,只不過相位正好相反了。
在此電路中有兩個電阻,作用都是限流,讓板子不被大電流燒壞。要保證三極體處於飽和區,集電極電流已經飽和,基極電流再增大,集電極電流也不會增大,也就是說,ic/ib
配套電路板中的三極體的hfe至少是200倍。當發射結導通時,為了使三極體工作在飽和區,需設定集電極電流達不到基極電流的200倍。從圖中可以看出,如果想要集電極與發射極之間的飽和壓降盡可能小一點,可以把集電極電流設定為幾毫安。電路板中集電極限流電阻取值為2.4k,在電源電壓為5v的時候,集電極電流只有2ma左右。基極限流電阻取值為30k,當基極電壓為3.3v的時候,基極電流不到100ua。集電極電流是基極電流的二十多倍,三極體工作在飽和區。
模電系列1 三極體
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