三極管三態(tài)分析

作者： 邵金龍， 凡億PCB微信公眾號

三極管分為三個狀態(tài)：截止、放大、飽和

1. 截止狀態(tài)：三極管處于關(guān)斷狀態(tài)，Vce約等于電源電壓

2. 放大狀態(tài)：三極管處于電流放大狀態(tài)，0V

3. 飽和狀態(tài)：三極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，Vce≈0V

判斷三極管工作在哪個狀態(tài)的方法分為：

1. 電流判斷法：

Ic_max> Ib*β 放大狀態(tài)

Ic_max≤ Ib*β 飽和狀態(tài)

Ic_max=Ib*β=0 截止狀態(tài)

2. 電壓判斷法：

Uce>0.3V 放大狀態(tài)

Uce=0.3V 飽和狀態(tài)

Uce=Vcc 截止狀態(tài)

圖 一

1. 三極管放大電路（信號型三極管）

圖 二

三極管放大電路最典型的特征就是：Ic max >β*Ib，也就是說無論Ib電流怎樣變化，β*Ib始終沒有超越Ic的最大值，此時的狀態(tài)就是放大狀態(tài)。

如圖二所示是一個三極管放大電路，那么怎么確定三極管放大電路的實際參數(shù)呢？

首先明確一點三極管飽和導(dǎo)通時候Vbe=0.7V，Vce=0.3V,因為β會隨著溫度、濕度等發(fā)生變化，所以這里假設(shè)β=100，方便計算。

那么Ic max=(5V-Vce)/R1,先根據(jù)負載確定IC上需要的電流確定R1是多少，假設(shè)IC需要47mA那么Ic max=(5V-Vce)/R1=47mA,Vce最小時候Ic才能達到最大電流值即Ic max=(5V-0.3V)/R1=47mA,R1=100Ω，確定好Ic電流值以及R1阻值后，看一下Ib怎么計算，因為β=100，Ic=β*Ib，可以計算出Ib max=47mA/100=0.47mA,也就是說Ib<0.47mA時三極管是處于放大狀態(tài)的。

確定一下R2的阻值，因為三極管導(dǎo)通時候Vbe=0.7V,而輸入是一個3V的方波信號，Ib max=(3v-Vbe)/R2=0.47mA,得出R2=4.89K此時三極管處于臨界飽和狀態(tài),我們選擇一個常用的標稱電阻10K，即R2=10K,實際Ib=(3v-Vbe)/R2=（3V-0.7V）/10K=0.23mA,且Ib*β< Ic max符合要求，至此三極管放大電路所有參數(shù)均已得到，實際設(shè)計中電阻選取需要遠離臨界飽和狀態(tài)選值。

總結(jié)：三極管放大狀態(tài)下IC會隨著IB的增大而增大，減小而減小，即IC受控于IB。

2. 三極管飽和狀態(tài)（信號型三極管）

圖 三

三極管飽和電路最典型的特征就是：Ic max ≤ β*Ib，β*Ib超越Ic的最大值，那此時的狀態(tài)就是飽和狀態(tài)。

如圖三所示是一個三極管飽和導(dǎo)通電路，那么怎么確定三極管飽和導(dǎo)通電路的實際參數(shù)呢？

已知三極管飽和導(dǎo)通時候Vce=0.3V,Vbe=0.7V,假設(shè)β=100, IC=5mA（IC具體值根據(jù)負載決定），由Ic max=(12V-Vce)/R4=5mA,得出R4=（12V-0.3V）/5mA=2340R,取一個有標稱值接近計算值的電阻R4=2K，那么實際IC=5.85mA,則Ib=Ic/β=5.85mA/100=0.0585mA,以IB=0.0585mA可以計算出R5的理論阻值39.32K,在這個基礎(chǔ)上三極管是處于臨界飽和導(dǎo)通時刻，受到溫度影響β值是會發(fā)生變化的也就是說當R5=39.32K時，三極管會受到外界影響一會飽和導(dǎo)通一會處于放大狀態(tài)，而放大狀態(tài)控制不好是會導(dǎo)致三極管損壞的，是我們不希望看到的。

如果Ib電流比0.0585mA大很多呢，那么三極管肯定處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，假設(shè)Ib=10mA,無論溫度怎么變化三極管肯定處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，當然Ib取這么大必定有它的弊端，功耗過大，雖然滿足了三極管飽和導(dǎo)通但是增加太多的功耗也是不可以的，經(jīng)過多方設(shè)計驗證得出，在Ib=1mA時候三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，適用于90%的三極管，經(jīng)驗設(shè)計不考慮特殊應(yīng)用三極管，因為此時三極管同樣遵循Ic=β*Ib,β=100情況下，Ic=100mA,實際設(shè)計三極管開關(guān)電路時，Ic電流都不是很大。

因此當Ib=1mA時取得R5=(3V-Vbe)/1mA=2300Ω，取標稱值電阻R5=2K2,實際Ib=(3v-Vbe)/R5=（3V-0.7V）/2K2=1.05mA,且Ib*β≥ Ic max符合要求，至此三極管飽和導(dǎo)通電路所有參數(shù)均已得到。

總結(jié)：三極管飽和導(dǎo)通狀態(tài)下Ic不在隨著Ib的增大而增大，減小而減小，即Ic不在受控于Ib。

3. 開關(guān)管實際應(yīng)用電路

圖 四

圖四 三極管下拉電阻的選取：阻值為2K，這個電阻的阻值是經(jīng)過多次實際檢驗得出的，大家做設(shè)計的時候務(wù)必加上下拉電阻，不加時候三極管也能工作，但是加上后會保證三極管的狀態(tài)更穩(wěn)定。

為什么這么說呢，一般情況下三極管都是和單片機IO口相連做開關(guān)控制使用，假設(shè)此時單片機IO口出現(xiàn)高阻態(tài)，那么接入三極管IB的電平就是不確定的會導(dǎo)致三極管誤導(dǎo)通，此時如果接有下拉電阻根據(jù)內(nèi)阻分析法會給IB一個穩(wěn)定的狀態(tài)，不會導(dǎo)致三極管誤觸發(fā)，下拉電阻的作用：當無輸入或者輸入是高阻態(tài)時，通過下拉電阻將基極迅速拉低，確保三極管處于穩(wěn)定的截止狀態(tài)。

總結(jié)：三極管屬于流控流型晶體管，探討的是Ib*β與Ic之間的關(guān)系，在實際使用過程中一定要注意基級一定要給一個確定的狀態(tài)非高即低。

審核編輯 黃宇