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[技术讨论]

晶体管电路的仿真分析

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kk的回忆|  楼主 | 2023-1-18 19:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 kk的回忆 于 2023-1-18 19:51 编辑

#申请原创#
@21小跑堂 @21小跑堂

电路设计中,三极管的应用是必不可少的。尤其是简单的开关电路,三极管是首选的。百度一下,就是这种NPN型三极管和PNP三极管的开关电路。下面电路中R48是负载电阻,都是接在三极管的集电极上面,从下面电路中简单分析,只要基级电阻R47和集电级电阻R48选择合适,就可以让三极管工作在深度饱和区,当控制信号高电平的时候,输出电压信号DO1C和DO2C可以是0.1V以下,确保输出电压是接近到GND;
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那么负载电阻可以接在三极管的发射极吗?
网络是也有网友对这个问题做了一些讨论,感到疑惑才会提问的;所以想定性分析下,这种反过来接的电路到底行不行,有没有应用的场合;
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这种小电路通过仿真,是最快得到结果的,尤其是仿真模型准确的时候,得到结果基本和实测的结果是一致的;以BC857A的PNP三极管举例说明,当负载R4接在三极管的发射级,控制信号低电平的时候,输出信号out接近0.7V。
查看BC857A的datasheet,在T=25度的时候,EB之间的压降是VEB=0.62V。如果三极管要导通工作,控制信号低电平,还有基级电流流过R6=1K(流过R5的电流很小,可以忽略流过R5的电流)这就导致Vout=VEB+Ib*R6,因此无论基级电流多么小,输出电压Vout会高于VEB=0.62V,很明显三极管没有工作在深度饱和区,在三极管的EC之间还会有比较大的压降,如果该输出信号会被其他MCU检测使用,MCU低电平的阈值一般是0.3*VCC=0.9V。一旦电路参数设计的不合理,就很有可能Vout>0.3*VCC=0.9V,让MCU检测不到低电平;
对于PNP三极管,负载电阻接在发射极,三极管不会工作在深度饱和区;
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对于NPN三极管也是一样的,也会导致Q4工作在饱和区。在轻载的时候,流过Q4的电流小,基本输出电压就是控制信号减去BE的压差,就在4.3V左右;
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如果负载是重载,那么就会让Q4在饱和区转变到放大区,不仅会导致Q4的损耗极大,温升很高,还会让输出电压跌落很多;
通过仿真可以清晰的看到,此时Q4的功耗达到1.2W,输出电压已经降低到1.8V左右。这种电路已经不具备应用条件。此时需要提高基级电压,提高到10V,就需要设计charge pump电路,保证Q4工作在深度饱和区。
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对于NMOS和PMOS的分析也是一样的,负载电阻接在漏极的。
由于PMOS的导通电阻一般是大于NMOS,对于大电流的电路,尤其是几十安培的,使用NMOS电路更加合适,NMOS的导通损耗更低。
下面的仿真电路,V10信号是MCU发出的PWM信号,经过简单的二极管升压电路,就可以将MOS管的栅极电压提高到15.6V,15.6V=10+3.3+3.3-0.4*4≈15V,此时就可以保证MOS管工作在深三极管区,降低MOS管的功耗;
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通过简单分析,将负载接在发射级还是集电级应该都是可以的:
如果三极管需要工作在深度饱和区,控制电压小于电源电压,那么负载接在集电极
如果控制电压大于电源电压,负载接在发射极也是可以的;
需要根据实际电路实际应用,不要直接借用电路;

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21小跑堂 打赏了 40.00 元 2023-01-29
理由:恭喜通过原创审核!期待您更多的原创作品~

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21小跑堂 2023-1-29 10:55 回复TA
通过电路仿真,实操解决疑惑,通过文字描述和仿真结果贴图详细解释问题的答案。 

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王栋春| | 2023-1-18 22:30 | 显示全部楼层
楼主的总结非常详细,受教了。                     

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WK520077778| | 2023-1-24 00:25 | 显示全部楼层
感谢楼主分享真这么好的文章

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秦生0303| | 2023-1-31 09:27 | 显示全部楼层
路过学习了

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起点116| | 2023-1-31 21:20 | 显示全部楼层
学习了

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