如何才能確認三極管的工作狀態

三極管有放大、飽和、截止三種工作狀態，放大電路中的三極管是否處于放大狀態或處于何種工作狀態，對于學生是一個難點。在長期的教學實踐中發現，只要深刻理解三極管三種工作狀態的特點，分析電路中三極管處于何種工作狀態就會容易得多，下面結合例題來進行分析。

一、三種工作狀態的特點

1.三極管飽和狀態下的特點

要使三極管處于飽和狀態，必須基極電流足夠大，即IB≥IBS。三極管在飽和時，集電極與發射極間的飽和電壓(UCES)很小，根據三極管輸出電壓與輸出電流關系式UCE=EC-ICRC，所以IBS=ICS/β=EC-UCES/β≈EC/βRC。三極管飽和時，基極電流很大，對硅管來說，發射結的飽和壓降UBES=0.7V(鍺管UBES=-0.3V)，而UCES=0.3V，可見，UBE>0，UBC>0，也就是說，發射結和集電結均為正偏。三極管飽和后，C、E 間的飽和電阻RCE=UCES/ICS，UCES 很小，ICS 最大，故飽和電阻RCES很小。所以說三極管飽和后G、E 間視為短路，飽和狀態的NPN 型三極管等效電路如圖1a 所示。

2.三極管截止狀態下的特點要使三極管處于截止狀態，必須基極電流IB=0，此時集電極IC=ICEO≈0(ICEO 為穿透電流，極小)，根據三極管輸出電壓與輸出電流關系式UCE=EC-ICRC，集電極與發射極間的電壓UCE≈EC。

三極管截止時，基極電流IB=0，而集電極與發射極間的電壓UCE≈ECO 可見，UBE≤0，UBC<0，也就是說，發射結和集電結均為反偏。三極管截止后，C、E 間的截止電阻RCE=UCE/IC，UCES 很大，等于電源電壓，ICS 極小，C、E 間電阻RCE 很大，所以，三極管截止后C、E 間視為開路，截止狀態的NPN 型三極管等效電路如圖1b。

3.三極管放大狀態下的特點

要使三極管處于放大狀態，基極電流必須為：00，對硅管來說，發射結的壓降UBE=0.7V(鍺管UBE=-0.3V)，三極管在放大狀態時，集電極與發射極間的電壓UCE>1V 以上，UBE>0，UBC<0，也就是說，發射結正偏，集電結反偏。三極管在放大狀態時，IB 與IC 成唯一對應關系。當IB 增大時，IC 也增大，并且1B 增大一倍，IC 也增大一倍。所以，IC 主要受IB 控制而變化，且IC 的變化比IB 的變化大得多，即集電極電IC=β×IB。

三極管三種工作狀態的特點如附表所示。

二、確定電路中三極管的工作狀態

下面利用三極管三種工作狀態的特點和等效電路來分析實際電路中三極管的工作狀態。

例題：圖2 所示放大電路中，已知EC=12V，β=50，Ri=1kΩ，Rb=220kΩ，Rc=2kΩ，其中Ri 為輸入耦合電容在該位置的等效阻抗。問：1.當輸入信號最大值為+730mV，最小值為-730mV 時，能否經該電路順利放大?2.當β=150 時，該電路能否起到正常放大作用?

分析：當向三極管的基極輸入正極性信號時，其基極電流會增大，容易進入飽和狀態;當向三極管的基極輸入負極性信號時，其基極電流會減小，容易進入截止狀態。因此，解決輸入信號送入放大電路能否順利放大，主要是檢查最大值(一般為正極性)的輸入信號、最小值(一般為負極性)的輸入信號是否引起放大電路中三極管進入了飽和狀態、截止狀態，如果兩種輸入信號都沒有使三極管進入飽和、截止狀態，那么該范圍的輸入信號送入放大電路后能被順利放大。如果兩種輸入信號使三極管進入飽和或截止狀態，則不能順利放大，會引起信號飽和失真或截止失真。

解1：

(1)當最大值信號(Ui=+730mV)輸入時，假設會引起放大電路的三極管進入飽和狀態，

IB=I1+I2，利用戴維南定律，IB=(Ui-Ubss)/Ri+(Ec-Ubss)/Rb。

在飽和狀態下的三極管Ubss=0.7V，所以，三極管基極電流IB=(0.73-0.7)/1000+(120.7)/220000=30μ4+51.4μA=81.4μA，而三極管基極臨界飽和電流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/β×RC，根據飽和狀態下的三極管UCES=0.3V，所以，IBS=(12-0.3)/(50×2000)=117μA。

根據以上計算可知：IB大值輸入信號(Ui=+730mV)輸入時，放大電路的三極管仍處于放大狀態。(2)當最小值輸入信號(Ui=-730mV)輸入時，假設會引起放大電路的三極管進入截止狀態，則等效電路如圖4 所示。

-Ec+IRc+IRi+Ui=0，所以，I=(Ec-Ui)/(Rc+Ri)=[12-(-0.73)]/(1000+220000)=58μA，

Uba=-IRb+Ec=-58μA×220000+12V=-0.76V。

可知：Ube<0，根據三極管截止狀態的條件UBE≤0，假設成立，即當最小值輸入信號(Ui=-730mV)輸入時，放大電路的三極管處于截止狀態。綜上所述，當最大值為730mV，最小值為-730mV 的輸入信號輸入時，該放大電路不能順利放大。

解2：當β=150 時，三極管基極臨界飽和電流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/βRC=(12-

0.3)/(150×2000)=39μA，而三極管的基極電流IB=(EC-UBEQ)/Rb=(12-0.7)/220000=51μA。

根據以上計算可知：IB>IBS，根據三極管飽和狀態的條件IB≥IBS，可知，電路中的三極管處

于飽和狀態，即該電路不能起到正常放大作用。

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