三極管的三種狀態(tài)
三極管的三種狀態(tài)也叫三個工作區(qū)域,即:截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。
很多初學(xué)者都會認(rèn)為三極管是兩個PN結(jié)的簡單湊合,如下圖:
這種想法是錯誤的,兩個二極管的組合不能形成一個三極管,我們以NPN型三極管為例,如下圖:
兩個PN結(jié)共用了一個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PN結(jié)有機(jī)地結(jié)合成一個不可分割的整體,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)用的角度來講,可以把三極管看作是一個電流分配器。一個三極管制成后,它的三個電流之間的比例關(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)。三個電流中,有一個電流發(fā)生變化,另外兩個電流也會隨著按比例地變化。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Ib、Ic和Ie這三個電流。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,就會產(chǎn)生電流I b 、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VCC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。
教材書上都說:
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)。
按老師的方法是: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間電壓為無窮大時(shí)即為截止區(qū)!
另一個說明:三極管的三種狀態(tài)
三極管的三種狀態(tài)也叫三個工作區(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,在基極加上一個小信號電流,引起集電極大的信號電流輸出。
(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《Ube,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向電壓。三極管沒有放大作用,集電極和發(fā)射極相當(dāng)于短路,常與截止配合于開關(guān)電路。
主要是根據(jù)兩個pn結(jié)的偏置條件來決定:
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)檎珘骸从煞糯鬆顟B(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。
審核編輯 :李倩
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原文標(biāo)題:三極管飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)的理解方法圖解
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