如何理解三極管的放大區(qū)-飽和區(qū)-截止區(qū)

模擬電路非常重要,模擬電路的三極管的應(yīng)用是重中之重,能正確理解三極管的放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)是理解三極管的標(biāo)志。

很多初學(xué)者都會(huì)認(rèn)為三極管是兩個(gè) PN 結(jié)的簡(jiǎn)單湊合，如下圖：

這種想法是錯(cuò)誤的，兩個(gè)二極管的組合不能形成一個(gè)三極管，我們以 NPN 型三極管為例，如下圖：

兩個(gè) PN 結(jié)共用了一個(gè) P 區(qū)（也稱基區(qū)），基區(qū)做得極薄，只有幾微米到幾十微米，正是靠著它把兩個(gè) PN 結(jié)有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)不可分割的整體，它們之間存在著相互聯(lián)系和相互影響，使三極管完全不同于兩個(gè)單獨(dú)的 PN 結(jié)的特性。三極管在外加電壓的作用下，形成基極電流、集電極電流和發(fā)射極電流，成為電流放大器件。

三極管的電流放大作用與其物理結(jié)構(gòu)有關(guān)，三極管內(nèi)部進(jìn)行的物理過程是十分復(fù)雜的，初學(xué)者暫時(shí)不必去深入探討。從應(yīng)用的角度來(lái)講，可以把三極管看作是一個(gè)電流分配器。一個(gè)三極管制成后，它的三個(gè)電流之間的比例關(guān)系就大體上確定了，如下圖所示：

β 和 α 稱為三極管的電流分配系數(shù)，其中 β 值大家比較熟悉，都管它叫電流放大系數(shù)。三個(gè)電流中，有一個(gè)電流發(fā)生變化，另外兩個(gè)電流也會(huì)隨著按比例地變化。例如，基極電流的變化量 ΔI b ＝ 10 μA ， β ＝ 50 ，根據(jù) ΔI c ＝ βΔI b的關(guān)系式，集電極電流的變化量 ΔI c ＝ 50×10 ＝ 500μA ，實(shí)現(xiàn)了電流放大。

三極管自身并不能把小電流變成大電流，它僅僅起著一種控制作用，控制著電路里的電源，按確定的比例向三極管提供 I b 、 I c 和 I e 這三個(gè)電流。為了容易理解，我們還是用水流比喻電流，如下圖所示：

這是粗、細(xì)兩根水管，粗的管子內(nèi)裝有閘門，這個(gè)閘門是由細(xì)的管子中的水量控制著它的開啟程度。如果細(xì)管子中沒有水流，粗管子中的閘門就會(huì)關(guān)閉。注入細(xì)管子中的水量越大，閘門就開得越大，相應(yīng)地流過粗管子的水就越多，這就體現(xiàn)出“以小控制大，以弱控制強(qiáng)”的道理。由圖可見，細(xì)管子的水與粗管子的水在下端匯合在一根管子中。

三極管的基極 b 、集電極 c 和發(fā)射極 e 就對(duì)應(yīng)著圖中的細(xì)管、粗管和粗細(xì)交匯的管子。如下圖所示：

若給三極管外加一定的電壓，就會(huì)產(chǎn)生電流 Ib 、 I c 和 I e 。調(diào)節(jié)電位器 RP 改變基極電流 I b ， I c也隨之變化。由于 I c ＝ βI b ，所以很小的 I b 控制著比它大 β 倍的 I c。 I c 不是由三極管產(chǎn)生的，是由電源 V CC 在 I b 的控制下提供的，所以說三極管起著能量轉(zhuǎn)換作用。

有了上面的知識(shí)，就容易理解教科書上說的：

發(fā)射極正偏集電極反偏,三極管處于放大狀態(tài)；

發(fā)射極正偏集電極正偏工作在飽和區(qū)；

發(fā)射極反偏集電極反偏工作在截止區(qū)；

發(fā)射極反偏集電極正偏工作在反向放大狀態(tài)。

先假設(shè)是在飽和區(qū)，在計(jì)算C E兩端的電壓，以0.3伏作為飽和區(qū)放大區(qū)的判斷標(biāo)準(zhǔn)（小于則為飽和模式，大于則為放大模式）；當(dāng)c e間電壓為無(wú)窮大時(shí)即為截止區(qū)！

另一個(gè)說明：三極管的三種狀態(tài)

三極管的三種狀態(tài)也叫三個(gè)工作區(qū)域，即：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。

(1)、截止區(qū)：三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓Ube小于0.6—0.7V的導(dǎo)通電壓，發(fā)射結(jié)沒有導(dǎo)通集電結(jié)處于反向偏置，沒有放大作用。

(2)、放大區(qū)：三極管的發(fā)射極加正向電壓，集電極加反向電壓導(dǎo)通后，Ib控制Ic，Ic與Ib近似于線性關(guān)系，在基極加上一個(gè)小信號(hào)電流，引起集電極大的信號(hào)電流輸出。

(3)、飽和區(qū)：當(dāng)三極管的集電結(jié)電流IC增大到一定程度時(shí)，再增大Ib，Ic也不會(huì)增大，超出了放大區(qū)，進(jìn)入了飽和區(qū)。飽和時(shí)，Ic最大，集電極和發(fā)射之間的內(nèi)阻最小，電壓Uce只有0.1V~0.3V，Uce<>

主要是根據(jù)兩個(gè)pn結(jié)的偏置條件來(lái)決定：

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏——放大狀態(tài)；

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏——飽和狀態(tài)；

發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)也反偏——截止?fàn)顟B(tài)。

這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，可以通過輸入電壓或者相應(yīng)的輸入電流來(lái)控制，例如：在放大狀態(tài)時(shí)，隨著輸入電流的增大，當(dāng)輸出電流在負(fù)載電阻上的壓降等于電源電壓時(shí)，則電源電壓就完全降落在負(fù)載電阻上，于是集電結(jié)就變成為0偏壓，并進(jìn)而變?yōu)檎珘?mdash;—即由放大狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)。當(dāng)輸入電壓反偏時(shí)，則發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都成為了反偏，沒有電流通過，即為截止?fàn)顟B(tài)。

正偏與反偏的區(qū)別：對(duì)于NPN晶體管，當(dāng)發(fā)射極接電源正極、基極接負(fù)極時(shí)，則發(fā)射結(jié)是正偏，反之為反偏；當(dāng)集電極接電源負(fù)極、基極（或發(fā)射極）接正極時(shí)，則集電結(jié)反偏，反之為正偏。總之，當(dāng)p型半導(dǎo)體一邊接正極、n型半導(dǎo)體一邊接負(fù)極時(shí)，則為正偏，反之為反偏。

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