读取晶体管/电阻电路的直觉是什么?

Question

下面的电路为LED提供恒定的电流。我使用everycircuit.com进行了测试，这似乎是正确的(例如使用R = 70欧姆)。

如何循序渐进地思考电路中的电子流呢?我们怎么知道它能提供恒定的电流呢?

Answer 1

如何循序渐进地思考电路中的电子流呢?我们怎么知道它能提供恒定的电流呢?

1. 第一步是忘记电子的流动。想想传统的电流从正到负或地。这就是我们(几乎)都在做的事情，也是为什么我们在示意图的顶部画正轨的原因。了解电子流有其用途，但不适用于一般电路分析。注意二极管和晶体管符号中的箭头都表示常规电流的方向。

2. 假设两个晶体管一开始都是关的。
3. 现在想想什么会被打开。它一开始不会是T1，因为基底没有电流。T2有一个馈电到它的基地(1)通过2.2 kΩ电阻，所以它将打开。
4. 当T2开启时，电流将从集热器流过r, LED将开始发光。
5. (2)处的电压现在开始上升。当它达到约0.6或0.7 V时，T1将开始开启。
6. T1开启将开始从T2窃取偏置，电路将在R上解决0.7 V。如果R上的电压上升，T1将窃取更多的偏置。如果温度下降T1会停止一点。
7. 通过LED的电流将\$ I = \frac V R = \frac {0.7} R \$．

Answer 2

读取晶体管/电阻电路的直觉是什么?

更准确地说，“阅读”在这里意味着“理解”。所以，问题是，“我们如何直观地理解电路?”

理解是什么

但是理解电路意味着什么呢?例如，仅仅看到“当T1打开时，T2关闭，等等”是不够的。只是为了建立具体的事实。要理解一个电路，首先意味着要看到基本的思想，这种组件混合背后的概念。如果你不这样做，就像他们说的那样，你将“只见树木不见森林”……你不会理解你所理解的……

你正确地指出了直觉是理解电路的一种手段。还要加上想象力、常识、类比、情感……当然，还有之前积累的知识……这样你就有了理解电路所需要的一切知识。那么，当你决定实现电路时，除了这些“定性的手段”，你还需要“定量的手段”来计算它，还有很多“细节”……但在这个阶段，你并不十分需要它们。

如何理解电路

我们从寻找一些已知的东西开始-更基本的电路构建块(子块)和基本思想(概念)。让我们用你的电路来做…

场景1

调节元素。在你的电路中，我们可以注意到的第一件事是晶体管T2与LED的集电极和发射极串联在一起;所以它调节电流通过LED就像一个可变电阻器（变阻器）.

电流-电压转换器。然后我们注意到LED电流I流过电阻R;所以压降与电流成正比，VR = i.r，是的，我们得出结论，所以电阻插入发射器，将电流转换为电压。因此，我们认识到下一个电路构件- a无源电流电压转换器．

另一个电流电压转换器。受到成功的鼓舞，我们继续……并找到另一个电阻(2.2 k)作为相同的电流-电压转换器但是现在插入了收集器。显然，它的作用是将T1集电极的电流变化转化为电压变化……

共发射极的阶段。因此，我们认为，晶体管T1和2.2 k的集电极电阻的组合是众所周知的共发射极阶段.．.

公共收集器阶段。它控制着另一种著名的晶体管结构共用集电极级（射极跟随器) T2。

负面的反馈。两个放大器级呈圆形连接，使我们认为这里存在负反馈。让我们看看情况是否如此……

通过LED保持恒定电流意味着晶体管T2在电阻r上保持恒定电压，我们看到电压VR与T1阈值电压0.7 V进行比较，并被T1放大，控制T2以保持VR恒定。例如，如果LED电流由于某种原因下降，VR也会下降。T1增加其集电极电压，T2增加LED电流。是的,当然……这是伟大的原则负面的反馈．

场景2

射极跟随器。同样的成功，我们可以在T2 an中识别射极跟随器在常数电阻R上保持恒定电压，所以电流也是恒定的。

为此目的，这个发射极从动器应该由一个恒定的(参考)输入电压驱动。我们知道它应该通过一些二极管来获得，但我们在这里没有看到这样的二极管，我们看到的是一个晶体管(T1)。这是什么鬼东西?

Widlar的主意。我们注意到T1的行为很有趣。由于T2基极-发射极结损失了约0.7 V，负反馈迫使T1将其集电极(T2'基极)电压提高到1.4V，以保持其基极约0.7 V。这就是我们如何看到辉煌Widlar的想法在这里。

场景3、4……

通过这种方式，我们继续寻找新的观点……

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如何循序渐进地思考电路中的电子流呢?

为了直观地理解电路，你需要对电流有一个最一般的概念，电流是在压力等因素的影响下流动的东西。在路上遇到了一些障碍。而极其重要(但被低估了)的是水流的流向。

每个电流从“压力”最高的地方开始(正源端)，从“压力”最低的地方返回(负源端);所以它的路径是一条闭合的线(环路)。这就是为什么，我总是把电流路径画成绿色的全回路(与水流有关)。这里有一个例子，你的电路看起来像可视化电流:

结论

我很清楚，对你来说，这是一个很难理解这样一个“简单”的电路只有两个电阻和两个晶体管……很简单，因为这需要大量的经验。但我想向你展示真正的理解是什么，以及它与字面上的“阅读”电路图有何不同。我希望这将激励你在未来努力寻求真正的理解……

资源

以下是我关于电路原理的一些资源:

如何理解、呈现和发明电子电路(Flash内容，需要一个莱夫扩展到浏览器)

模拟电子学2004

白板上的电路故事

模拟电子学2008

电路的想法维基教科书

电路的故事是我的博客

Answer 3

电子流的分步思考方法是什么?

这是硬件和软件之间的关键区别。软件处理算法，算法是实现更复杂功能所需的一系列简单步骤。这些功能可以依次组合成更复杂的序列，最终实现所需的功能。这就是为什么“逐步”分析对软件如此有效。

在电子学中，电路的每一部分都可以用传递函数表示。但是，这些函数应同时考虑，而不是作为一个序列考虑。你不能说电阻器将电压转换成电流，然后BJT将其作为基电流并将其放大一定增益。事实上，BJT基极电流的改变会改变电阻上的电压，而电压反过来又会影响基极电流，等等。

考虑电路的一种方法是瞬态分析．你从各处的电流都为零开始，然后找出电路中哪些路径可以导电。现在你想象一些小电流在这些路径上流动，并计算出这将如何影响电压，然后在更新电压的情况下重新计算电流，等等。这就是晶体管在他的回答中所做的。

另一种适用于某些电路(包括你拥有的电路)的方法是直流分析．首先假设电路中所有的电流和电压都是恒定的，然后通过解方程找出它们的值。

最后，对于某类电路(如滤波器)，了解电路在不同频率下是如何工作的是有帮助的:这就是滤波器交流分析．

获得SPICE模拟器并查看暂态分析结果通常会让您很好地了解电路是如何工作的。它告诉你所有电流和电压随时间的变化，你只需要弄清楚为什么电路是这样的。

Answer 4

(BJT)晶体管一般有两种用途:

1. 电子开/关开关(饱和/截止模式)
2. 放大器(有源模式)

在不知道晶体管的具体电压和特性的情况下，必须根据上下文确定用例。在这里，开关没有什么意义，所以我们必须处理放大器-更多的电流进入基极(由基极电压增加引起)允许更多的电流通过集电极-发射极(CE)对。注意这些晶体管是npn。pnp的符号略有不同，只有当您降低基极电压时，才允许更多的电流通过CE端口。

首先要注意的是T1上面的节点(节点1)是浮动的，所以如果T1完全关闭，它将上升到+V。T2下的节点(节点2)在T2不亮时连接到gnd上。当T2因节点1电压上升(即其基电压)而接通时，它将让电流通过，使节点2的电压上升并接通T1。如果它完全打开T1，那么节点1(大约)接地，关闭T2，从而关闭T1，并重新开始这个循环。

由于晶体管起到放大器的作用，我们得到了这种介于T1和T2之间的作用，T1和T2没有完全打开和关闭，而只是轻微地增加和减少基极电压，彼此平衡，从而实现恒定电流。

为了定量地分析这个电路，我们首先假设基极-发射极电压(美元\ v_{是}\ $)对于硅来说，BJT通常是恒定的，在0.7V左右(准确的美元\ v_{是}\ $在其规格中给出)。所以通过R的电流(要得到T1的基电压)必须是美元/ R \ \ 0.7美元欧姆定律。在场效应晶体管中，没有电流通过“基底”(即栅极)，所以如果T1和T2是场效应晶体管，那么我们就完成了;发射极和集电极(即src/漏极)电流将是相同的。但由于T1和T2是BJT，节点1的一些电流通过T2，并加入二极管电流，从而获得通过R的电流，节点2的一些电流通过T1的基底转移，从而从通过R的电流中减去:对于BJT，\$i_{emitter} = i_{collector} + i_{base}\$．

一个很好的主动模式bjt模型证明了这一点\$i_{collector} = \alpha i_{emitter}\$而且\$\alpha = \frac{\beta}{1+\beta}\$在哪里\ \β\美元只是特定晶体管的一个特性，一般在20到200之间。因此二极管电流为\$0.7/R + i_{T1, base} - i_{T2, base}\$而且相差不到5%美元/ R \ \ 0.7美元(假设v_美元\ \ ${是}= 0.7 v）.

Answer 5

我的答案或多或少是一个评论，它可以帮助解释电路的基本工作原理。

在模拟电子学中，有些电路可以用两种不同的方式来解释。这适用于，例如，谐波振荡器(负电阻视图，频率选择反馈视图)或-在这种情况下-电路积极的反馈．

因为给定的电路不需要输入信号，所以我们没有标准来定义主放大器和反馈路径。因此，可能有两种视图:

1)。T1是共发射极结构中的主放大器。T1的偏置点由主动负反馈(回到T1的基数)提供并稳定，

2)。T2是主放大器(作为发射极从动器工作)，有一个偏置点，由主动负反馈提供并稳定(回到T2的基础)。

稳定:电路对温度变化非常不敏感，因为两个晶体管(当安装在紧密接触时)对温度变化的反应相似。这意味着:在这两种情况下，反馈回路中的晶体管增加了反馈回路中电阻提供的(正常，被动)反馈效应。

Answer 6

我相信其他的答案都很好，很有帮助。我认为直观的理解会导致简短的解释。我在这里试着把我看你的示意图时的想法简单地说一下。

1. Vbe通常被认为是。7v .为那些你可以分配节点电压。
2. 《电子学艺术》的第2章是很好的学习材料，可以在脑海中建立一个电路组成部分的目录。电流源和镜像，差动放大器，级联，发射器跟踪器和各种放大器组成了您可能看到的许多电路。假设电路画得很好，你经常会拿起这些块，很快就能理解电路的功能。

在电路中，R通过T1基极和发射极形成恒定电流源。0.7 v除以70欧姆得到10毫安。大约10ma的电流通过LED。

LED需要特定的电压才能传导10ma。请检查其数据表以获得该值。检查一下10毫安的LED会有多亮。

T2 Vce是V+用来点亮LED和驱动两个Vbe滴的剩余量。2.2k R设置T2的正向偏置并限制T1 Ic。检查它是一个合理的V+值。检查T2是否能处理Vce。

总之，你的电路以10毫安的电压驱动一个LED，电压在5V到15V之间。这既简短又不过分简单化。我希望。