原创 三极管的饱和状态讨论

原文转载自：王久东 NOP_WANG 博主博文《到底什么才是三极管的饱和状态》

现在的很多工程师已经不知道怎么去使用三极管了，这个曾经作为电路设计最核心的元件，做为电子工程师最基本的知识现在却不被大多数的工程师掌握，可以说是整个行业的悲哀啊，当然导致的原因很多， 希望在这里大家能畅所欲言!

　　我简单的画了一个最基本的电路模型，我们先假设这个三极管的Vbe=0.7v,Hfe=10,Icm=100mA来展开讨论。

　　下面我们来讨论下究竟什么叫三极管的饱和，到底什么是饱和压降，BE正偏，BC反偏就是饱和呢，还是当晶体管处于饱和状态时，其基极电流对晶体管的控制将失去作用呢，

　　1：当我们调节可调电阻，R1，使R1=4.3K时，通过欧姆定律我们可以计算得到，

　　Ib=(5-0.7)/4.3K=1mA,

　　那我们就可以计算出IC=Hfe*Ib=10mA,

　　假如这个时候我调节R3，使R3=500欧姆，通过计算我们可以得到Vc=5-(10mA*0.5K)=0V,

　　这个时候我们来看三极管三个极的电压，Vb=0.7,Vc=0,Ve=0,

　　2:当我们调节可调电阻，R1，使R1=4.3K时，通过欧姆定律我们可以计算得到，

　　Ib=(5-0.7)/4.3K=1mA,

　　那我们就可以计算出IC=Hfe*Ib=10mA,

　　假如这个时候我调节R3，使R3=1K欧姆，通过计算我们可以得到Vc=5-(10mA*1K)=-5V,回出现-5V吗，当然不会，因为没有负压，

　　所以Vc的电压会停留在0V，那这个时候我们再来看下Ic到底是多少

　　通过欧姆定律我们可以计算出

　　Ic=(5-Vc)/1K=(5-0)/1=5mA,而不是10mA,这个是为什么呢，

　　这个时候我们来看三极管三个极的电压，Vb=0.7,Vc=0V,Ve=0V,

　　3:当我们调节可调电阻，R1，使R1=2.15K时，通过欧姆定律我们可以计算得到，

　　Ib=(5-0.7)/2.15K=2mA,

　　那我们就可以计算出IC=Hfe*Ib=20mA,假如这个时候我调节R3，使R3=1K欧姆，通过计算我们可以得到Vc=5-(20mA*1K)=-15V,回出现-15V吗，当然也不会，同样因为没有负压，

　　所以Vc的电压会停留在0V，那这个时候我们再来看下Ic到底是多少

　　通过欧姆定律我们可以计算出

　　Ic=(5-Vc)/1K=(5-0)/1=5mA,同样还是5mA，而不是20mA,这个又是为什么呢，

　　这个时候我们来看三极管三个极的电压，Vb=0.7,Vc=0V,Ve=0V,

　　假如三极管的饱和状态是正如香雪茶所定义的，那一上三种状态都应该是饱和，但是实际三极管饱和了吗，我可以很肯定的向大家保证都没有，为什么呢，因为以上的情况下的Ic无论是10mA，5mA，5mA都离集电极的最大电流Icm=100mA很远，

　　那到底是那里错了，是书告诉我们的这个是这个BE正偏，BC反偏就是饱和结论错了，这个是一个不负责任的结论，老师和课本都没有能准确的告诉我们什么是三极管，

　　到底基极是怎么来控制集电极的。

　　其实我觉得一个比喻比较的好，这个控制的过程就象我们用手去推一个闸门，让水流过闸门的过程，

　　我们力气的大小就是基极电流Ib,

　　闸门的开口大小就是Ib*Hfe,

　　闸门流过的水流就是Ic，

　　所以假如集电极连到一个大水库，我们用力推，集电极闸门的闸口开的越大，水流就会越大，我们不用力推集电极闸门的闸口开的变小，水流就会变小，这个时候水流的大小会受到闸口的大小控制。

　　所以假如集电极连到一个自来水管，我们再用力推，集电极闸门的闸口开的跟个火力发电站的烟囱也没有用，因为水只有这么大，再大的通道也白搭。

　　所以我们基极电流控制的是什么，是集电极流过电流的能力，而不是控制集电极有多少电流，只有集电极有足够的能力的时候，我们来控制这个闸口才能达到控制水流大小的目的，

　　所以真正意义上的饱和应该是水流小于我们的最大闸口可以流过的水流，才是正解，就是闸口已经是最大了，你水再大也是白搭。

　　也就是说闸门流过的最大水流Ic是受闸门的开口大小就是Ib*Hfe限制的，但是实际流过水流是没办法控制的，要看供水的设备。但最大不会超过闸口的容限。

我的理解：控制Ib的大小就是控制这个水龙头的闸口大小，理论上讲：这个闸口可以流过Ib*Hfe的水流，但我在水龙头管道上方加了个漏斗（也就是那个Rc，将电流信号转为电压信号），加不同型号的漏斗（即Rc的大小）实际管道流过的水流会有变化：
1、Rc大一些，实际流量小于Ib*Hfe，闸口本来可以流过100单位的水流，现在只供给了50单位，这样管子饱和，如果我改变闸口的大小（即Ib），是不是在一定范围内实际流过管道的水量不会变化，这也是为什么管子在饱和时不能实现交流信号无失真放大的原因！
2、 Rc中等大小，同样如上，闸口最大流量为Ic（sat）假设大小为100单位水量，但现在闸口的大小（即Ib）适中，使得闸口开的大小不大不小，而且管道 上方的漏斗下口比管道大（即Rc适中，是不是在一定范围内漏斗不影响下方管道的流水情况），Ib*Hfe假设为50单位，如果增大Ib是不是水流大了，减 小Ib是不是水流小了，Ib正弦变化，Ic也随之变化，这就实现了信号放大。
3、Rc不能太小，否则会使Vce过大，导致管子损坏！有的大功率管应该没事！