极上加上一 个合适的电流(叫做偏置电流,上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的,所以它被叫做基极偏置电阻),那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时,小 信号就会导致基极电流的变化,而基极电流的变化,就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求,如果没有加偏置,那么只有对那些增加的 信号放大,而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0,不能再减小了)。而加上偏置,事先让集电极有一定的电流,当输入的基极电流变小时,集电极 电流就可以减小;当输入的基极电流增大时,集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 (3)开关作用
下面说说三极管的饱和情况。像图3那样的图,因为受到电阻 Rc的限制(Rc是固定值,那么最大电流为U/Rc,其中U为电源电压),集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大,不能使集电极电流继续增大 时,三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是:Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后,三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小,可以理解为 一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用:当基极电流为0时,三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止),相当于开关断开;当基极电流很 大,以至于三极管饱和时,相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态,那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。
二 电子线路设计与实现
2.1光控自动窗帘的设计
图4 光控窗帘仿真图
光控自动窗帘是利用自然光线自动控制窗帘开闭的家用自动控制装置。 白天室内需要阳光照明,窗帘自动拉开;晚上窗帘自动拉合。仿真实现部分图如图4所示。当电路开关D闭合时,光控电路作用,当开关space打到电阻1kΩ时相当于白天光敏三极管阻值较小时的情况,而开关space打到2MΩ时相当于晚上光敏三极管阻值较大的情况。
图5 光控电路实现部分
除此以外,还设置了两个手动开关,手动控制的前提是将开关D打开,当开关B闭合且开关C断开时窗帘拉开,当开关B断开且开关C闭合时窗帘闭合。
图6 手控电路实现部分
三 结果与分析
3.1 光控自动窗帘的实现
开关打到电阻1kΩ相当于清晨光敏晶体管在自然光线的照射下导通,此时555的2脚和三极管的基极为低电平,三极管截止,使第一个555内部的单稳态触发器动作(变为暂态),其3脚输出高电平,第二个555的2脚为高电平,3脚为低电平,使电动机M正转,将窗帘拉开。当窗帘拉开到位后,第一个555 又由暂态变为稳态,其3脚恢复为低电平,使电动机M停转。
当开关打到电阻2MΩ时相当于傍晚光线暗淡时,光敏晶体管截止,第一个555因2脚为高电平而不能被触发,其3脚为低电平。三极管因基极变为高电平而导通,其集电极电压下降,使第二个555的2脚产生低电平触发电压,555内部的单稳态触发器翻转,由稳态变为暂态,3脚输出高电平,使电动机M反转,窗帘开始闭合。窗帘闭合到位后,单稳态触发器恢复为稳态,第二个555的3脚变为低电平,电动机 M停转。
采用手动控制时,应将开关D关断,使光控电路失效。闭合开关B且打开开关C时,第一个555触发翻转,电动机M正转,将窗帘拉开;闭合开关C且打开开关B时,第二个555触发翻转,电动机M反转,将窗帘闭合。调节电位
器R1和R3,可以改变电动机的运转时间。
3.1.1光控实现窗帘的拉合
利用单刀双掷开关,阻值1kΩ和2MΩ的两个电阻来组合实现光敏三极管的功能。当白天有光照的时候,光敏三极管内阻降低,相当于单刀双掷开关接1kΩ的电阻(如图7);正向发光二极管亮,表示直流电动机正转。
图7 有光照时的光控模拟结果
傍晚无光照时,光敏三极管内阻增大,相当于单刀双掷开关接2MΩ的电阻(如图8)。反向二极管发光,说明直流电动机反转。
图8 无光照时的光控模拟结果
3.1.2手动实现窗帘的拉合
手动实现窗帘的拉合,其过程与光控的一样。首先断开所有的开关,开关D