1 三极管基本特性

晶体管分为三极管和场效应管，三极管电路的学习更具普遍性，场效应管的应用我们放到后面电源管理的章节介绍。

晶体管都可分为N型和P型，具体到三极管就是NPN三极管和PNP三极管。我们主要讲解常用的NPN三极管，穿插介绍一些必须使用PNP三极管的电路知识。
如图1所示，三极管的三个引脚分别是基极（Base）、发射极（Emitter）、集电极（Collector）。

图1 三极管等效电路
BE之间就是一个二极管，CE之间等效为一个可调电阻，阻值可以从若干欧到无穷大（断路）。
三极管的特征方程是iC=βiB，N型管的iB从B→E，iC从C→E。
所谓的β就是三极管自身的放大倍数，可认为是取决于生产工艺的常数，数值几十到数百倍之间。
需要注意的是，三极管只能依靠改变CE间等效电阻RCE来实现ic=βiB。
如果RCE如降到最小值，都实现不了iC=βiB，称为“饱和”。
如果RCE如增到最大值，都实现不了iC=βiB，称为“截止”。
如果三极管能够实现iC=βiB，称为三级管处于放大区。

2 恒流源放电电路

如图2所示给一只电容（已预先充电）接上一个电阻，放电电流将为iC=uC/R，由于uC不断降低，所以放电电流不是恒定的。

图2 电容放电电路

如图3所示为电容恒流放电电路，我们可以计算得到Ic的值为恒定1mA，与电容电压“无关”。对于图3，式（1）一定成立，但式（2）中近似的前提是三极管处于放大区，即ic=βiB。由于β一般认为是100倍量级，所以ie=ic+ib≈ic才成立。

（1）

（2）

图3 放电恒流源电路

在求解有关三极管的电路时，可以先假定三极管处于放大区，满足iC=βiB以及iC≈iE，然后再根据计算结果，反推UCE的取值，就可以判断假设是否正确。
参考图3，设电容C1上的电压为10V：

则很容易求得UCE=10-4.3=5.7V，不“违和”，所以式（2）所做的计算是成立的。
进一步还可算出此时等效RCE=UCE/1mA=5.7kΩ，可以理解为，三极管只需把RCE调整为5.7kΩ，即可使电容的放电维持1mA。

参考图3，设电容上的电压降到8V：

则UCE=8-4.3=3.7V，这当然也不“违和”，式（2）所做的计算仍然成立，iC保持1mA不变。
进一步还可算出此时等效RCE=UCE/1mA=3.7kΩ，可以理解为，三极管只需把RCE调整为3.7kΩ，即可使电容的放电维持1mA。

参考图3，设电容上的电压降到3V：

则UCE=3-4.3=-1.3V，这显然“违和”，说明RCE减小到0也满足不了iC=βiB。
在认为UCE可以降到0的情况下，我们可以计算出满足恒流条件的最低电容电压UCMIN=VE=4.3V。
事实上，作为半导体，CE间的电阻远降不到0欧，一般UCE电压只能降到约0.2V，称之为饱和管压降UCES。

总结一下我们所学的三极管放电恒流源电路：

图3电路在一定条件下可满足恒流放电。
“一定条件”指的就是UCE电压（或RCE电阻）的值不能违背“常理”。

3 恒流源充电电路

利用NPN三极管是无法实现充电恒流源电路的，不信可以自行设计看看。要实现恒流充电源必须使用PNP三极管。
如图4所示为PNP三极管的等效电路：

PNP三极管的特征方程也是iC=βiB，P型管的实际ib从E→B，ic从E→C。
不同书本定义iB和iC正方向会采用不同方案，如果按NPN一样的标准来定，P型管的实际iB和iC就都是负数。本书尽量按实际电流方向标定正方向，避免负数难以理解。

图4 PNP三极管的等效电路

如图5所示，更换NPN三级管电路VCC和GND位置即可得到对应的PNP三极管电路：

在熟练掌握晶体管电路设计前，不要直接去设计PNP电路，而是应该集中精力掌握NPN电路。PNP电路一律通过NPN电路变换得来。
除了将VCC与GND对调外，电路中有方向性元件的正负方向也对调（因为PNP和NPN电路电流方向是相反的），图5中稳压二极管Z1的方向就必须对调，电阻则不必修改。
当然，NPN和PNP的符号要换过来，iC和iB电流的实际方向是相反的。
最后，为了符合通常VCC放上面，GND放下面的习惯，可以改为图5（c）形式。

图5 PNP三级管电路代换

如图6所示为恒流充电电路，我们可以计算得到IC的值为恒定1mA，与负载电阻阻值“无关”。

（3）

（4）

式（4）也是建立在三极管处于放大区才成立的。
对于恒流源来说，重负载是高阻值负载，轻负载是低阻值负载，正好与电压源相反！

图6 充电恒流源实例

参考图6，设电阻上的阻值为1kΩ：
1）由VR=IC×R=1×1=1V，VE=15V-URE=15-4.3=10.7V。
2）则UEC=VE-VR=10.7-1=9.7V，不“违和”，所以三极管可以处于放大区，式（4）计算成立。
3）进一步还可算出此时等效RCE=9.7V/1mA=9.7kΩ，可以理解为，三极管只需把RCE调整为9.7kΩ，即可使电阻的电流维持1mA。

参考图6，设电阻上的阻值为20kΩ：

由VR=IC×R=1×20=20V，VE=15V-URE=15-4.3=10.7V。
则UEC=VE-VR=10.7-20=-9.3V，显然“违和”，所以三极管处于饱和区，式（4）计算不成立。
如果忽略三极管的饱和管压降UCES，进一步还可算出此时实际IC=VE/R=10.7/20≈0.5mA。

注意：
1、以下说法是否正确：三极管恒流源放电电路中，待放电电容电压越低，电路越容易保持恒流放电特性参考答案：错误。
2、以下说法是否正确：三极管恒流源充电电路中，负载电阻阻值越小，电路越容易保持恒流充电特性。
参考答案：正确。
3、 NPN三极管和PNP三极管分别可以构成哪种恒流源电路？
参考答案：NPN三极管可以构成放电恒流源电路，PNP三极管可以构成充电恒流源电路。

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