三極管的三種狀態(tài)

三極管的三種狀態(tài)

三極管的三種狀態(tài)也叫三個工作區(qū)域，即：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。

很多初學(xué)者都會認(rèn)為三極管是兩個PN結(jié)的簡單湊合，如下圖：

這種想法是錯誤的，兩個二極管的組合不能形成一個三極管，我們以NPN型三極管為例，如下圖：

兩個PN結(jié)共用了一個P區(qū)（也稱基區(qū)），基區(qū)做得極薄，只有幾微米到幾十微米，正是靠著它把兩個PN結(jié)有機(jī)地結(jié)合成一個不可分割的整體，它們之間存在著相互聯(lián)系和相互影響，使三極管完全不同于兩個單獨(dú)的PN結(jié)的特性。三極管在外加電壓的作用下，形成基極電流、集電極電流和發(fā)射極電流，成為電流放大器件。

三極管的電流放大作用與其物理結(jié)構(gòu)有關(guān)，三極管內(nèi)部進(jìn)行的物理過程是十分復(fù)雜的，初學(xué)者暫時不必去深入探討。從應(yīng)用的角度來講，可以把三極管看作是一個電流分配器。一個三極管制成后，它的三個電流之間的比例關(guān)系就大體上確定了，如下圖所示：

β和α稱為三極管的電流分配系數(shù)，其中β值大家比較熟悉，都管它叫電流放大系數(shù)。三個電流中，有一個電流發(fā)生變化，另外兩個電流也會隨著按比例地變化。例如，基極電流的變化量ΔI b ＝10 μA ，β ＝ 50 ，根據(jù) ΔI c ＝ βΔI b的關(guān)系式，集電極電流的變化量ΔI c ＝ 50×10 ＝500μA ，實(shí)現(xiàn)了電流放大。

三極管自身并不能把小電流變成大電流，它僅僅起著一種控制作用，控制著電路里的電源，按確定的比例向三極管提供Ib、Ic和Ie這三個電流。為了容易理解，我們還是用水流比喻電流，如下圖所示：

這是粗、細(xì)兩根水管，粗的管子內(nèi)裝有閘門，這個閘門是由細(xì)的管子中的水量控制著它的開啟程度。如果細(xì)管子中沒有水流，粗管子中的閘門就會關(guān)閉。注入細(xì)管子中的水量越大，閘門就開得越大，相應(yīng)地流過粗管子的水就越多，這就體現(xiàn)出“以小控制大，以弱控制強(qiáng)”的道理。由圖可見，細(xì)管子的水與粗管子的水在下端匯合在一根管子中。

三極管的基極b 、集電極c和發(fā)射極e就對應(yīng)著圖中的細(xì)管、粗管和粗細(xì)交匯的管子。如下圖所示：

若給三極管外加一定的電壓，就會產(chǎn)生電流I b 、I c 和I e 。調(diào)節(jié)電位器RP改變基極電流I b ，I c也隨之變化。由于I c ＝ βI b，所以很小的I b控制著比它大β倍的I c。I c 不是由三極管產(chǎn)生的，是由電源VCC在I b的控制下提供的，所以說三極管起著能量轉(zhuǎn)換作用。

教材書上都說：

發(fā)射極正偏集電極反偏，三極管處于放大狀態(tài)；

發(fā)射極正偏集電極正偏工作在飽和區(qū)；

發(fā)射極反偏集電極反偏工作在截止區(qū)；

發(fā)射極反偏集電極正偏工作在反向放大狀態(tài)。

按老師的方法是：先假設(shè)是在飽和區(qū)，在計算C E兩端的電壓，以0.3伏作為飽和區(qū)放大區(qū)的判斷標(biāo)準(zhǔn)（小于則為飽和模式，大于則為放大模式）；當(dāng)c e間電壓為無窮大時即為截止區(qū)！

另一個說明：三極管的三種狀態(tài)

三極管的三種狀態(tài)也叫三個工作區(qū)域，即：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。

（1）截止區(qū)：三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓Ube小于0.6-0.7V的導(dǎo)通電壓，發(fā)射結(jié)沒有導(dǎo)通集電結(jié)處于反向偏置，沒有放大作用。

（2）放大區(qū)：三極管的發(fā)射極加正向電壓，集電極加反向電壓導(dǎo)通后，Ib控制Ic，Ic與Ib近似于線性關(guān)系，在基極加上一個小信號電流，引起集電極大的信號電流輸出。

（3）飽和區(qū)：當(dāng)三極管的集電結(jié)電流IC增大到一定程度時，再增大Ib，Ic也不會增大，超出了放大區(qū)，進(jìn)入了飽和區(qū)。飽和時，Ic最大，集電極和發(fā)射之間的內(nèi)阻最小，電壓Uce只有0.1V~0.3V，Uce《Ube，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向電壓。三極管沒有放大作用，集電極和發(fā)射極相當(dāng)于短路，常與截止配合于開關(guān)電路。

主要是根據(jù)兩個pn結(jié)的偏置條件來決定：

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏——放大狀態(tài)；

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏——飽和狀態(tài)；

發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)也反偏——截止?fàn)顟B(tài)。

這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，可以通過輸入電壓或者相應(yīng)的輸入電流來控制，例如：在放大狀態(tài)時，隨著輸入電流的增大，當(dāng)輸出電流在負(fù)載電阻上的壓降等于電源電壓時，則電源電壓就完全降落在負(fù)載電阻上，于是集電結(jié)就變成為0偏壓，并進(jìn)而變?yōu)檎珘骸从煞糯鬆顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)。當(dāng)輸入電壓反偏時，則發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都成為了反偏，沒有電流通過，即為截止?fàn)顟B(tài)。

正偏與反偏的區(qū)別：對于NPN晶體管，當(dāng)發(fā)射極接電源正極、基極接負(fù)極時，則發(fā)射結(jié)是正偏，反之為反偏；當(dāng)集電極接電源負(fù)極、基極（或發(fā)射極）接正極時，則集電結(jié)反偏，反之為正偏。總之，當(dāng)p型半導(dǎo)體一邊接正極、n型半導(dǎo)體一邊接負(fù)極時，則為正偏，反之為反偏。

審核編輯 ：李倩