三極管三種工作狀態(tài)特點分析及判斷

三極管有放大、飽和、截止三種工作狀態(tài)，放大電路中的三極管是否處于放大狀態(tài)或處于何種工作狀態(tài)，對于學(xué)生是一個難點。筆者在長期的教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，只要深刻理解三極管三種工作狀態(tài)的特點，分析電路中三極管處于何種工作狀態(tài)就會容易得多，下面結(jié)合例題來進行分析。

一、三種工作狀態(tài)的特點

1.三極管飽和狀態(tài)下的特點

要使三極管處于飽和狀態(tài)，必須基極電流足夠大，即IB≥IBS。三極管在飽和時，集電極與發(fā)射極間的飽和電壓(UCES)很小，根據(jù)三極管輸出電壓與輸出電流關(guān)系式UCE=EC-ICRC，所以IBS=ICS/β=EC-UCES/β≈EC/βRC。三極管飽和時，基極電流很大，對硅管來說，發(fā)射結(jié)的飽和壓降UBES=0.7V(鍺管UBES=-0.3V)，而UCES=0.3V，可見，UBE>0，UBC>0，也就是說，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。

三極管飽和后，C、E 間的飽和電阻RCE=UCES/ICS，UCES 很小，ICS 最大，故飽和電阻RCES很小。所以說三極管飽和后G、E 間視為短路，飽和狀態(tài)的NPN 型三極管等效電路如圖1a 所示。

2.三極管截止?fàn)顟B(tài)下的特點

要使三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，必須基極電流IB=0，此時集電極IC=ICEO≈0(ICEO 為穿透電流，極小)，根據(jù)三極管輸出電壓與輸出電流關(guān)系式UCE=EC-ICRC，集電極與發(fā)射極間的電壓UCE≈EC。

三極管截止時，基極電流IB=0，而集電極與發(fā)射極間的電壓UCE≈ECO 可見，UBE≤0，UBC<0，也就是說，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。三極管截止后，C、E 間的截止電阻RCE=UCE/IC，UCES 很大，等于電源電壓，ICS 極小，C、E 間電阻RCE 很大，所以，三極管截止后C、E 間視為開路，截止?fàn)顟B(tài)的NPN 型三極管等效電路如圖1b。

3.三極管放大狀態(tài)下的特點

要使三極管處于放大狀態(tài)，基極電流必須為：01V 以上，UBE>0，UBC<0，也就是說，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

三極管在放大狀態(tài)時，IB 與IC 成唯一對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)IB 增大時，IC 也增大，并且1B 增大一倍，IC 也增大一倍。所以，IC 主要受IB 控制而變化，且IC 的變化比IB 的變化大得多，即集電極電IC=β×IB。

三極管三種工作狀態(tài)的特點如附表所示。

二、確定電路中三極管的工作狀態(tài)

下面利用三極管三種工作狀態(tài)的特點和等效電路來分析實際電路中三極管的工作狀態(tài)。

例題：圖2 所示放大電路中，已知EC=12V，β=50，Ri=1kΩ，Rb=220kΩ，Rc=2kΩ，其中Ri 為輸入耦合電容在該位置的等效阻抗。問：1.當(dāng)輸入信號最大值為+730mV，最小值為-730mV 時，能否經(jīng)該電路順利放大?2.當(dāng)β=150 時，該電路能否起到正常放大作用?

分析：當(dāng)向三極管的基極輸入正極性信號時，其基極電流會增大，容易進入飽和狀態(tài);當(dāng)向三極管的基極輸入負(fù)極性信號時，其基極電流會減小，容易進入截止?fàn)顟B(tài)。因此，解決輸入信號送入放大電路能否順利放大，主要是檢查最大值(一般為正極性)的輸入信號、最小值(一般為負(fù)極性)的輸入信號是否引起放大電路中三極管進入了飽和狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)，如果兩種輸入信號都沒有使三極管進入飽和、截止?fàn)顟B(tài)，那么該范圍的輸入信號送入放大電路后能被順利放大。如果兩種輸入信號使三極管進入飽和或截止?fàn)顟B(tài)，則不能順利放大，會引起信號飽和失真或截止失真。

解1：

(1)當(dāng)最大值信號(Ui＝＋730mV)輸入時，假設(shè)會引起放大電路的三極管進入飽和狀態(tài)，則等效電路如圖3所示。

根據(jù)以上計算可知：IB

(2)當(dāng)最小值輸入信號(Ui=-730mV)輸入時，假設(shè)會引起放大電路的三極管進入截止?fàn)顟B(tài)，則等效電路如圖4 所示。

根據(jù)KVL定律（繞行方向、參考電流方向如圖4），-Ec+IRc+IRi+Ui=0，所以，I=(Ec-Ui)/(Rc+Ri)=[12-(-0.73)]/(1000+220000)=58μA，Uba=-IRb+Ec=-58μA×220000+12V=-0.76V。

可知：Ube<0，根據(jù)三極管截止?fàn)顟B(tài)的條件UBE≤0，假設(shè)成立，即當(dāng)最小值輸入信號(Ui=-730mV)輸入時，放大電路的三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。綜上所述，當(dāng)最大值為730mV，最小值為-730mV 的輸入信號輸入時，該放大電路不能順利放大。

解2：當(dāng)β=150 時，三極管基極臨界飽和電流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/βRC=(12-0.3)/(150×2000)=39μA，而三極管的基極電流IB=(EC-UBEQ)/Rb=(12-0.7)/220000=51μA。

根據(jù)以上計算可知：IB>IBS，根據(jù)三極管飽和狀態(tài)的條件IB≥IBS，可知，電路中的三極管處于飽和狀態(tài)，即該電路不能起到正常放大作用。