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)。

很多初學者都會認為三極管是兩個PN結的簡單湊合，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結有機地結合成一個不可分割的整體，它們之間存在著相互聯系和相互影響，使三極管完全不同于兩個單獨的PN結的特性。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構有關，三極管內部進行的物理過程是十分復雜的，初學者暫時不必去深入探討。從應用的角度來講，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，其中β值大家比較熟悉，都管它叫電流放大系數。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 ΔI c ＝ βΔI b的關系式，集電極電流的變化量ΔI c ＝ 50×10 ＝500μA ，實現了電流放大。

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、細兩根水管，粗的管子內裝有閘門，這個閘門是由細的管子中的水量控制著它的開啟程度。如果細管子中沒有水流，粗管子中的閘門就會關閉。注入細管子中的水量越大，閘門就開得越大，相應地流過粗管子的水就越多，這就體現出“以小控制大，以弱控制強”的道理。由圖可見，細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就對應著圖中的細管、粗管和粗細交匯的管子。如下圖所示：

若給三極管外加一定的電壓，就會產生電流I b 、I c 和I e 。調節(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)的判斷標準（小于則為飽和模式，大于則為放大模式）；當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)：三極管工作在截止狀態(tài)，當發(fā)射結電壓Ube小于0.6-0.7V的導通電壓，發(fā)射結沒有導通集電結處于反向偏置，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通后，Ib控制Ic，Ic與Ib近似于線性關系，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)：當三極管的集電結電流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)，進入了飽和區(qū)。飽和時，Ic最大，集電極和發(fā)射之間的內阻最小，電壓Uce只有0.1V~0.3V，Uce《Ube，發(fā)射結和集電結均處于正向電壓。三極管沒有放大作用，集電極和發(fā)射極相當于短路，常與截止配合于開關電路。

主要是根據兩個pn結的偏置條件來決定：

發(fā)射結正偏，集電結反偏——放大狀態(tài)；

發(fā)射結正偏，集電結也正偏——飽和狀態(tài)；

發(fā)射結反偏，集電結也反偏——截止狀態(tài)。

這些狀態(tài)之間的轉換，可以通過輸入電壓或者相應的輸入電流來控制，例如：在放大狀態(tài)時，隨著輸入電流的增大，當輸出電流在負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載電阻上，于是集電結就變成為0偏壓，并進而變?yōu)檎珘骸从煞糯鬆顟B(tài)轉變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)。當輸入電壓反偏時，則發(fā)射結和集電結都成為了反偏，沒有電流通過，即為截止狀態(tài)。

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

審核編輯 ：李倩