理解 Joule Thief 电路

我引用自 Wikipedia（https://en.wikipedia.org/wiki/Joule_thief）：

... 这种自激/正反馈过程几乎立即将晶体管尽可能地打开（使其进入饱和区），使集电极-发射极路径看起来基本上像一个闭合开关（因为 VCE 仅约为 0.1 伏，假设基极电流足够高）。

参考这个原理图：

我的问题是：晶体管如何进入饱和区？如果晶体管处于该区域，则意味着 Vce 将在 0.4 V 左右。这是不可能的，因为在初级线圈上将有 Vcc-0.4（假设 Vcc=1.5V，则为 1.5-0.4=1.1 V），并且由于低线圈电阻（对于此电路的典型自制环形变压器，低于 1 欧姆），Ic 电流应该过高（对于 0.7 欧姆的线圈电阻，它应该是 I=V/R=1.1/0.07=15.71 A）。

变压器的铁芯饱和，从而初级线圈不会在次级线圈中感应出任何电压（因此晶体管将被迫关闭），难道不是更可能发生的情况吗？

答案 2

排序方式：重置为默认值

最高分（默认） 日期修改（最新） 日期创建（最旧）

这里是被讨论的电路：

为了理解它的工作原理，请考虑一个完整周期内的每个工作阶段。

让我们从所有设备都关闭并新接通电源开始。晶体管关闭，因此没有集电极电流。但是，存在一个电流路径，通过电阻器、变压器次级（左侧线圈）和晶体管的基极。这会打开晶体管，至少在某种程度上。

晶体管的打开使初级线圈（变压器的右侧线圈）的底侧电压低于电源电压。此时，初级线圈主要表现为电感器，因此电流随时间线性增加。

这种流出初级线圈点端 (dot end) 的电流变化会导致次级线圈尝试使电流流入其点端。通过次级线圈的额外电流也意味着更多的基极电流，因为两者是串联的。更多的基极电流意味着晶体管更难打开，这会导致更多的电流通过初级线圈，从而导致更多的基极电流，从而使晶体管更难打开，等等。

由于这种正反馈，晶体管被打开得如此之大，以至于其集电极电压无法再降低，通常约为 200 mV。这称为 saturation（饱和）。此时，晶体管 C-E 看起来像一个闭合的开关，只是饱和电压很小。

由于施加到初级线圈上的电压是电源电压减去饱和电压，因此其电流理想地呈线性增加。但是，它不能无限期地这样做。会发生以下两种情况之一：由于初级绕组固有的等效串联电阻，电流趋于平稳，或者变压器铁芯发生磁饱和。无论哪种方式，次级线圈都不会被驱动来产生更高的电流。由于变压器的工作原理是基于磁场的 change（变化），因此次级线圈完全停止提供额外的基极驱动。

现在，正反馈迅速关闭晶体管。最初，当磁场趋于平稳时，次级线圈不再提供额外的基极驱动，基极电流仅允许电阻器通过。这不足以维持相同的集电极电流，因此晶体管开始稍微关闭。这现在降低了磁场。次级线圈现在主动地反对电阻器提供的基极驱动。晶体管允许的电流更少，这会导致更主动的负基极驱动，从而导致更少的集电极电流，等等。

由于这种正反馈，晶体管会迅速硬关闭。现在，初级线圈就像一个电感器。它的电流不能立即关闭。电感器会产生任何必要的电压，以瞬间保持相同的电流。电压迅速升高，当达到 LED 正向电压时，电流流过 LED，电压大致保持不变。

现在，电感器两端有反向电压，因此通过它的电流会减小。最终变为 0，磁场停止变化，次级线圈停止对抗通过电阻器的电流，并且我们回到了首次施加电源时的状态。

是的，在正反馈的帮助下，晶体管几乎立即饱和。线圈电流线性上升，直到它也饱和，从而消除了基极驱动并切断了晶体管。此时，存储在线圈中的能量被倾倒到 LED 中。但是，一旦能量耗尽，磁场就会崩溃，基极驱动返回，循环重新开始。