焦耳小偷电路其实是一个自震荡的升压电路,只需要一个电阻、一个三极管、两个电感、一节电池即可,所搭建的焦耳小偷电路就可以把电池的电量完全榨干。下面深度解析一下,焦耳小偷电路。
如下图所示,搭建了一个简单的电路,电池的电量为1.5V,发光二极管的工作电压为(1.6-3)V,在按键没有按下时LED不亮,当按键按下时电池向电感充电;这时释放按键,则电池电量和电感储存的电量叠加向LED供电,LED被点亮。
现实中,不可能一直认为的控制按键的按下与释放,必须想办法解决这个问题,所以用三极管代替了按键,如果用其他信号控制基极就可以控制LED的亮灭了。只要保证控制频率和电感的电感量就可以保证LED的常亮。
最终,实现了如下所示的电路。当三极管导通时电感充电,当三极管截止时,电池和电感的电量叠加为LED供电,LED被点亮。具体解释如下:
三极管的基极接在电池的正极,三极管导通,LED熄灭,同时电感L1充电,当电感L1充满电时,电感感应出磁场,同时产生感应电动势,该感应电动势方向与电感L2电动势方向相反,于是电感L2无电流导致三极管截止,LED被点亮。由此三极管导通-截至-导通一直循环,直至电池电量被耗尽。
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在数字电路中,双极型晶体管BJT通常工作在什么状态?工作在什么区?
双极性晶体管的全称为双极性结型晶体管,也就是我们常说的三极管。三极管具有三个工作状态,分别为:1)截止区;2)放大区;3)饱和区。在数字电路中,只有0和1两个状态,所以数字电路中三极管主要用作电子开关来使用,这时候三极管工作在截止和饱和状态。
1 三极管的三个工作状态三极管具有截止状态、放大状态和饱和状态等三个状态,这主要取决于三极管的PN结导通电压。以NPN为例介绍。
截止状态
当发射结的电压小于PN结的导通电压时,基极电流为零,流过集电极和发射极的电流为零,三极管不具有放大信号的作用,这时候集电极和发射极之间处于断路状态,这个状态就成为三极管的截止状态。三极管用作开关时,处于断开状态,就是工作在截止状态。三极管的外形和工作区域如下图所示。
放大状态
当发射结的电压大于PN结的导通电压后,三极管的发射结处于正向偏置状态,而集电结处于反偏状态,流过三极管集电极的电流和基极电流存在一定的关系:Ic=β*Ib,其中β为电流放大倍数。三极管起到了基极电流的放大作用,这个状态称为三极管的放大状态。这个状态下,三极管具有三种形态的电路,分别为共基极放大电路、共发射极放大电路和共集电极放大电路。三极管的共发射极放大电路如下图所示。
饱和状态
随着基极电流的持续增大,集电极电流Ic不再随着基极电流Ib的增大而增大,这时三极管就失去了电流放大作用,集电极和发射极之间处于导通状态,这就是三极管的饱和导通状态。三极管用作开关时,处于导通状态,就是工作在饱和导通状态。
2 三极管用作开关作用在数字电路中,三极管经常被用作电子开关作用,控制负载回路的通断,此时三极管工作在截止和饱和状态,下面以三极管驱动继电器为例介绍三极管的开关作用。NPN三极管和PNP三极管驱动继电器的电路如下图所示。
以NPN三极管驱动继电器为例,继电器接在三极管的集电极上,当基极出现高电平时,三极管导通,继电器的线圈得电使继电器的触点发生动作;当基极出现低电平时,三极管截止,继电器的线圈失电使得触点复位,电路断开,由此实现三极管用作开关控制继电器的目的。
PNP三极管控制继电器时,继电器也要接在集电极上,当基极出现低电平时,三极管导通,继电器触点动作;当基极出现高电平时,三极管截止,继电器触点复位。由此PNP三极管实现了控制继电器回路通断的作用。
所以,在数字电路中,三极管用作开关时工作在截止状态和饱和状态,依次来实现控制负载回路的目的。
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