图说三极管的三个工作状态.docx

1、图说三极管的三个工作状态抛开三极管部空穴和电子的运动，还是那句话只谈应用不谈原理，希望通过下面的“图解”让初学者对三极管有一个形象的认识。三极管是一个以b(基极)电流Ib来驱动流过CE的电流Ic的器件，它的工作原理很像一个可控制的阀门。图1左边细管子里蓝色的小水流冲动杠杆使大水管的阀门开大，就可允许较大红色的水流通过这个阀门。当蓝色水流越大，也就使大管中红色的水流更大。如果放大倍数是100，那么当蓝色小水流为1千克/小时，那么就允许大管子流过100千克/小时的水。三极管的原理也跟这个一样，放大倍数为100时，当Ib(基极电流)为1mA时，就允许100mA的电流通过Ice。有了这个形象的解释之后

2、，我们再来看一个单片机里常用的电路。图2我们来分析一下这个电路，如果它的放大倍数是100，基极电压我们不计。基极电流就是10V&pide;10K=1mA，集电极电流就应该是100mA。根据欧姆定律，这样Rc上的电压就是0.1A50=5V。那么剩下的5V就吃在了三极管的C、E极上了。好!现在我们假如让Rb为1K，那么基极电流就是10V&pide;1K=10mA，这样按照放大倍数100算，Ic就是不是就为1000mA也就是1A了呢?假如真的为1安，那么Rc上的电压为1A50=50V。啊?50V!都超过电源电压了，三极管都成发电机了吗?其实不是这样的。见下图：图3我们还是用水管流水来比喻电流，当这个

3、控制电流为10mA时使主水管上的阀开大到能流过1A的电流，但是不是就能有1A的电流流过呢?不是的，因为上面还有个电阻，它就相当于是个固定开度的阀门，它串在这个主水管的上面，当下面那个可控制的阀开度到大于上面那个固定电阻的开度时，水流就不会再增大而是等于通过上面那个固定阀开度的水流了，因此，下面的三极管再开大开度也没有用了。因此我们可以计算出那个固定电阻的最大电流10V/50=0.2A也就是200mA。就是说在电路中三极管基极电流增大集电极的电流也增大，当基极电流Ib增大到2mA时，集电极电流就增大到了200mA。当基极电流再增大时，集电极电流已不会再增大，就在200mA不动了。此时上面那个电阻

4、也就是起限流作用了。上面讲的三极管是工作在放大状态，要想作为开关器件来应用呢?毫无疑问三极管必须进入饱和导通和截止状态。图4所示的电路中，我们从Q的基极注入电流IB，那么将会有电流流入集电极，大小关系为：IC=IB。而至于BJT发射结电压VBE，我们说这个并不重要，因为只要IB存在且为正值时，这个结电压便一定存在并且基本恒定(约0.51.2V，一般的管子取0.7V左右)，也就是我们所讲的发射结正偏。既然UBE是固定的，那么，如果BJT基极驱动信号为电压信号时，就必须在基极串联一个限流电阻，如图5。此时，基极电流为IB=(Ui-UBE)/RB。一般情况省略RB是不允许的，因为这样的话IB将会变得

5、很大，造成前级电路或者是BJT的损坏。图4、图5接下来进入我们最关心的问题：RB如何选取。前面说到过IC=IB，为了使晶体管进入饱和，我们必须增加IB，从而使IC增大，RC上的压降随之增大，直到RC上几乎承受了所有的电源电压。此时，UCE变得很小，约0.20.3V(对于大功率BJT，这个值可能达到23V)，也就是我们所说的饱和压降UCE(sat)。如果达到饱和时，我们忽略UCE(sat)，那么就有IC*RL=*IB*RL=Vcc。也就是只要保证IBIC/或IBVcc/(RL)时，晶体管就能进入饱和状态。我们看这样一组数据：Vcc=5V，=200，RL=100。那么要求IB5/(200100)A

6、=0.25mA。如果Ui=5V，那么取RB(Ui-UBE)/IB(5-0.7)/0.25k=17.2k就能满足要求了。但是，实际上，对于这种情况，如果取一个10k以上的电阻都可能导致BJT无法进入饱和状态。这是为什么呢?因为我们的器件不是理想的，我们在来看下面一个图。这是我们常用的一款小信号BJT，型号为MMBT3904的直流电压增益曲线。从图中可以看出，BJT的共射极直流电压增益hFE(也就是通常意义下的)不仅是温度的函数，而且与集电极电流有关。在一定的集电极电流围，hFE基本为常数;当集电极电流大于一定值时，hFE将急剧下降。产生这一现象的机理我们在这里就不讨论了。我们在使用BJT作为开关

7、时，大多数情况下用于驱动外部负载，如LED、继电器等，这些负载的电流一般较大，此时hFE已经下降到远小于我们计算时使用的那个值。如前面的例子，如果这个BJT为MMBT3904，集电极电流达到近50mA，此时的(或hFE)已经下降到只要100左右了，计算基极电阻时使用的也应该取100而不是200。而实际应用中，IB并不是越大越好，因为IB对外电路来说是没有实质作用的，它仅仅是维持BJT可靠导通的必要条件。IB越大，驱动部分的损耗也就越大，从而降低了电路的效率。而且IB越大还会影响三极管的开关速率，这个我们后面再深究。电子元件基础之三极管静态工作点我们都知道，三极管的工作状态有三个，截止区，放大区

8、，饱和区。那么三极管工作在什么工作状态是由什么决定的呢?是由基极电流(Ib)来决定的,和其他因素完全没有关系。如果Ib=0，则三极管工作在截止区。如果0IbUS时导通。(简单认为)UG=US时截止。P沟道：UG但UG比US大(或小)多少伏时MOS管才会饱和导通呢?这要看具体的MOS管，不同的MOS管要求的压差不同。比如笔记本上用于信号切换的MOS管：N7002，2N7002E，2N7002K，2N7002D，FDV301N等。UG比US大3V-5V即可。隔离作用如果我们想实现线路上电流的单向流通，比如只让电流由A-B，阻止由B-A，请问该怎么做?但这样的做法有一个缺点，二极管上会产生一个压降，损失一些电压信号。而使用MOS管做隔离，在正向导通时，在控制极加合适的电压，可以让MOS管饱和导通，这样通过电流时几乎不产生压降。下面我们来看一个防电源反接电路。这个电路当电源反接时NMOS管截止，保护了负载。电源正接时由于NMOS管导通压降比较小，几乎不损失电压，比在电源端加保险管再在负载并联一个二极管的方案好一些。