拋開課本上的定義，到底應(yīng)該怎么理解并計(jì)算三極管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)？

Part 01

前言

對于硬件設(shè)計(jì)而言，三極管是無法繞過的一個(gè)器件，能放大信號(hào)，又能開關(guān)負(fù)載，無論是數(shù)字電路還是模擬電路，都有它的身影。但是三極管工作的工作機(jī)制你真的理解嗎？

當(dāng)你打開模電課本，如果去找關(guān)于三極管工作機(jī)制的解釋，大概就會(huì)看到下面的內(nèi)容：晶體管由PN結(jié)組成，當(dāng)電流施加到基極時(shí)，電流在集電極和發(fā)射極之間流動(dòng)。比如NPN晶體管，當(dāng)在NPN晶體管的基極和發(fā)射極之間施加正向電壓 (VBE ) 時(shí)，發(fā)射極中的電子就會(huì)流入基極，其中一些與空穴結(jié)合，從而產(chǎn)生極小的基極電流。由于基極結(jié)構(gòu)較薄，許多從發(fā)射極流入基極的電子會(huì)逃逸到集電極。集電極-發(fā)射極電壓感應(yīng)電子向集電極移動(dòng)，最終就產(chǎn)生集電極電流IC。

許多人一看這又是電子又是空穴的就會(huì)頭大，以NPN三極管為例，我們可以將晶體管的功能與水龍頭進(jìn)行比較。三極管的基極是水龍頭閥門，發(fā)射極是水龍頭出水口，集電極是水龍頭進(jìn)水口。通過擰水龍頭閥門來控制出水量。

Part 02

截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)

截止區(qū)

當(dāng)發(fā)射極和集電極結(jié)反向偏置時(shí)，三極管將處于截止?fàn)顟B(tài)。這相當(dāng)于水龍頭閥門關(guān)了，水無法流出。在這種情況下，基極，發(fā)射極，飽和極的電流幾乎為0。

放大區(qū)

當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置、集電極結(jié)反向偏置時(shí)，三極管工作在放大區(qū)。這時(shí)晶體管就相當(dāng)于一個(gè)受閥門控制的水龍頭。流出多少水由閥門控制。如果閥門調(diào)大，就會(huì)流更多的水。在這種情況下，基極電流越大，集電極電流也越大。并且Ic和Ib之間存在一定的比例關(guān)系，Ic=β*Ib，其中β為直流電流放大系數(shù)。

飽和區(qū)

當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置、集電極結(jié)正向偏置時(shí)，三極管工作在飽和區(qū)。此時(shí)，集電極電流Ic的大小不再受基極電流Ib控制，并且Ic不再與Ib成比例。當(dāng)飽和狀態(tài)的Ib變大時(shí)，Ic不會(huì)增加，相當(dāng)于水龍頭的閥門打開得比較大，當(dāng)繼續(xù)擰大開關(guān)時(shí)，流出的水也不會(huì)再增加。

所以三極管集電極串聯(lián)的電阻就像水管的粗細(xì)一樣，已經(jīng)決定了最多能流過多少水，也就是三極管的集電極的電流最大有多大，所以當(dāng)β*Ib>Ic時(shí)，此時(shí)意味著閥門擰的再大，水流也不會(huì)增多了，也就是三極管已經(jīng)飽和了。

所以我們在判定三極管電路是否飽和時(shí)，就是先假定電路是飽和的，然后計(jì)算集電極電流Ic，以及基極電流Ib，如果β*Ib>Ic成立，則三極管確實(shí)是工作在飽和區(qū)，如果不成立，則假定不成立，三極管工作在放大區(qū)。