深入淺出理解三極管

原文來(lái)自原創(chuàng)書籍《硬件設(shè)計(jì)指南 從器件認(rèn)知到手機(jī)基帶設(shè)計(jì)》：

本小節(jié)介紹下三極管的特性，清晰易懂，使用通俗的水流模型加強(qiáng)對(duì)三極管的原理記憶，一定比課堂上講的要形象的多，各位同學(xué)要學(xué)會(huì)類比的方法來(lái)加深記憶（比如在介紹相對(duì)論中引力扭曲時(shí)空的概念時(shí)，國(guó)外科學(xué)家們就用生活中的漩渦，或者在彈性膜中間的重球，來(lái)類比星體引力對(duì)時(shí)空的影響，這樣會(huì)大大簡(jiǎn)化我們學(xué)習(xí)、理解和記憶的過(guò)程，這種學(xué)習(xí)方法被稱為類比學(xué)習(xí)法）。

我們平時(shí)所說(shuō)的三極管全稱是雙極性晶體管（bipolarjunction transistor），具有兩個(gè)PN結(jié)，NPN和PNP型三極管電路符號(hào)如圖1-26 所示，有基極B：Base；集電極C：Collector；發(fā)射極E：Emitter三個(gè)引腳，怎么判斷晶體管是NPN還是PNP呢？記住：符號(hào)中的箭頭都是從P指向N的。左圖中，箭頭起點(diǎn)為P、終點(diǎn)為N，所以P在三極管中間，即為NPN；而右圖中，箭頭起點(diǎn)為P、終點(diǎn)為N，所以三極管中間為N，即為PNP。

圖1-26 NPN與PNP型三極管符號(hào)

本節(jié)以NPN三極管為例，介紹下三極管的特性。圖1-27 的曲線是NPN三極管的輸出特性曲線，橫坐標(biāo)是CE之間的電壓VCE，縱坐標(biāo)是CE之間的電流IC，這些曲線主要就是描述基極電流IB、集電極電流ICE和VCE三者的關(guān)系。三極管有三個(gè)工作區(qū)，分別是飽和區(qū)、放大區(qū)和截至區(qū)。

圖1-27 NPN三極管輸出特性曲線

圖1-29 三極管的水流控制等效模型

1. 飽和區(qū)的特點(diǎn)。三級(jí)管的電流IC與IB和VCE都有關(guān)，當(dāng)VCE不變時(shí)，IB變化引起的IC變化不大；但是反過(guò)來(lái)，IB固定，VCE變化一點(diǎn)點(diǎn)就會(huì)引起IC劇烈變化，換句話說(shuō)三極管已經(jīng)飽和了，飽和的意思就是滿了，我們可以用向水杯里倒水的模型來(lái)記憶這個(gè)過(guò)程，如圖1-28 所示，IB就是水龍頭注水的水流，IC就是水面的高度，VCE就是指水杯的高度。飽和就是指水滿了，如圖中飽和時(shí)狀態(tài)所示，此時(shí)水面高度IC已經(jīng)滿了（已經(jīng)飽和）不受控于IB了，而受控于水杯的高度VCE，如果想要進(jìn)一步增加IC，就需要增加水杯高度VCE，這樣理解并記憶飽和這個(gè)概念就更形象易懂了。

2. 放大區(qū)的特點(diǎn)。隨著IB的增加，IC也增加，IC主要受控于IB，與VCE關(guān)系不大，圖1-27 中可以看到，放大區(qū)內(nèi)VCE增加時(shí)IC基本不變，而IB增加時(shí)IC就跟著增加。圖1-28 清晰地類比了這個(gè)過(guò)程，通俗點(diǎn)說(shuō)就是用IB來(lái)控制IC，這就是我們稱三極管是電流控制型器件的原因。還是以水杯模型來(lái)加深記憶，圖中放大狀態(tài)的水杯中，不管水杯高度VCE是多高，IC的高度只受控于注水水流IB。

3. 截至區(qū)的特點(diǎn)。不管VCE怎么變化，只要IB等于0或接近于0，IC也就約等于0，我們還是以水杯為模型來(lái)加深理解，圖1-28 中注入杯中的水龍頭IB水流非常小，接近于0，所有不管水杯VCE多高，水杯中的水IC始終接近于0。

在電流IC不大時(shí)，三極管常用來(lái)做放大器或者是開關(guān)使用，當(dāng)需要大電流時(shí)往往用MOS來(lái)做開關(guān)使用，以上就是三極管的相關(guān)特性介紹，結(jié)合三極管的水流控制等效模型來(lái)理解記憶就會(huì)容易的多。

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審核編輯 黃宇