- 淺析三極管的三個(gè)工作狀態(tài)是怎樣的？

　　我們還是用水管內(nèi)流水來(lái)比喻電流，當(dāng)這個(gè)控制電流為10mA 時(shí)使主水管上的閥開(kāi)大到能流過(guò)1A 的電流，但是不是就能有1A 的電流流過(guò)呢？不是的，因?yàn)樯厦孢€有個(gè)電阻，它就相當(dāng)于是個(gè)固定開(kāi)度的閥門，它串在這個(gè)主水管的上面，當(dāng)下面那個(gè)可控制的閥開(kāi)度到大于上面那個(gè)固定電阻的開(kāi)度時(shí)，水流就不會(huì)再增大而是等于通過(guò)上面那個(gè)固定閥開(kāi)度的水流了，因此，下面的三極管再開(kāi)大開(kāi)度也沒(méi)有用了。因此我們可以計(jì)算出那個(gè)固定電阻的最大電流10V&pide;50Ω=0.2A也就是200mA。就是說(shuō)在電路中三極管基極電流增大集電極的電流也增大，當(dāng)基極電流Ib 增大到2mA 時(shí)，集電極電流就增大到了200mA。當(dāng)基極電流再增大時(shí)，集電極電流已不會(huì)再增大，就在200mA 不動(dòng)了。此時(shí)上面那個(gè)電阻也就是起限流作用了。

　　上面講的三極管是工作在放大狀態(tài)，要想作為開(kāi)關(guān)器件來(lái)應(yīng)用呢？毫無(wú)疑問(wèn)三極管必須進(jìn)入飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。圖4所示的電路中，我們從Q 的基極注入電流IB，那么將會(huì)有電流流入集電極，大小關(guān)系為：IC=βIB 。而至于BJT 發(fā)射結(jié)電壓VBE，我們說(shuō)這個(gè)并不重要，因?yàn)橹灰狪B 存在且為正值時(shí)，這個(gè)結(jié)電壓便一定存在并且基本恒定（約0.5～1.2V，一般的管子取0.7V 左右），也就是我們所講的發(fā)射結(jié)正偏。既然UBE 是固定的，那么，如果BJT 基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)為電壓信號(hào)時(shí)，就必須在基極串聯(lián)一個(gè)限流電阻，如圖5。此時(shí)，基極電流為IB=（Ui-UBE）/RB。一般情況省略RB 是不允許的，因?yàn)檫@樣的話IB 將會(huì)變得很大，造成前級(jí)電路或者是BJT 的損壞。

　　圖4、圖5

　　接下來(lái)進(jìn)入我們最關(guān)心的問(wèn)題：RB 如何選取。前面說(shuō)到過(guò)IC=βIB，為了使晶體管進(jìn)入飽和，我們必須增加IB，從而使IC 增大，RC 上的壓降隨之增大，直到RC 上幾乎承受了所有的電源電壓。此時(shí)，UCE 變得很小，約0.2～0.3V（對(duì)于大功率BJT，這個(gè)值可能達(dá)到2～3V），也就是我們所說(shuō)的飽和壓降UCE（sat）。如果達(dá)到飽和時(shí)，我們忽略UCE（sat），那么就有ICRL=βIBRL=Vcc。也就是只要保證IB≥IC/β或IB≥Vcc/（βRL）時(shí)，晶體管就能進(jìn)入飽和狀態(tài)。我們看這樣一組數(shù)據(jù)：Vcc=5V，β=200，RL=100Ω。那么要求IB≥5/（200×100）A=0.25mA。如果Ui=5V，那么取RB≤（Ui-UBE）/IB≈（5-0.7）/0.25kΩ=17.2kΩ就能滿足要求了。但是，實(shí)際上，對(duì)于這種情況，如果取一個(gè)10kΩ以上的電阻都可能導(dǎo)致BJT 無(wú)法進(jìn)入飽和狀態(tài)。這是為什么呢？

　　因?yàn)槲覀兊钠骷皇抢硐氲?，我們?cè)趤?lái)看下面一個(gè)圖。

　　這是我們常用的一款小信號(hào)BJT，型號(hào)為MMBT3904 的直流電壓增益曲線。從圖中可以看出，BJT 的共射極直流電壓增益hFE（也就是通常意義下的β）不僅是溫度的函數(shù)，而且與集電極電流有關(guān)。在一定的集電極電流范圍內(nèi)，hFE 基本為常數(shù);當(dāng)集電極電流大于一定值時(shí)，hFE 將急劇下降。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的機(jī)理我們?cè)谶@里就不討論了。我們?cè)谑褂肂JT 作為開(kāi)關(guān)時(shí)，大多數(shù)情況下用于驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，如LED、繼電器等，這些負(fù)載的電流一般較大，此時(shí)hFE 已經(jīng)下降到遠(yuǎn)小于我們計(jì)算時(shí)使用的那個(gè)值。如前面的例子，如果這個(gè)BJT 為MMBT3904，集電極電流達(dá)到近50mA，此時(shí)的β（或hFE）已經(jīng)下降到只要100 左右了，計(jì)算基極電阻時(shí)使用的β也應(yīng)該取100 而不是200。

　　而實(shí)際應(yīng)用中，IB 并不是越大越好，因?yàn)镮B 對(duì)外電路來(lái)說(shuō)是沒(méi)有實(shí)質(zhì)作用的，它僅僅是維持BJT 可靠導(dǎo)通的必要條件。IB 越大，驅(qū)動(dòng)部分的損耗也就越大，從而降低了電路的效率。而且IB越大還會(huì)影響三極管的開(kāi)關(guān)速率，這個(gè)我們后面再深究。