原创如何理解和区分贴片三极管的三种状态

 2020-2-12 20:07  583 6 6 分类: 模拟

　贴片三极管的三种状态也叫三个工作区域，即：截止区、放大区和饱和区，教材书上都说：贴片三极管的三种状态分别当发射极正偏集电极反偏，贴片三极管处于放大状态；发射极正偏集电极正偏工作在饱和区；发射极反偏集电极反偏工作在截止区；发射极反偏集电极正偏工作在反向放大状态。
　　按老师的方法是：先假设是在饱和区，在计算C E两端的电压，以0.3伏作为饱和区放大区的判断标准（小于则为饱和模式，大于则为放大模式）；当c e间电压为无穷大时即为截止区！
　　实际上还有下面两种关于这三个工作区域理解观点：
　　观点一：
　　截止区：贴片三极管工作在截止状态，当发射结电压Ube小于0.6—0.7V的导通电压，发射结没有导通集电结处于反向偏置，没有放大作用。
　　放大区：贴片三极管的发射极加正向电压，集电极加反向电压导通后，Ib控制Ic，Ic与Ib近似于线性关系，在基极加上一个小信号电流，引起集电极大的信号电流输出。
　　饱和区：当贴片三极管的集电结电流IC增大到一定程度时，再增大Ib，Ic也不会增大，超出了放大区，进入了饱和区。饱和时，Ic最大，集电极和发射之间的内阻最小，电压Uce只有0.1V~0.3V，Uce《Ube，发射结和集电结均处于正向电压。三极管没有放大作用，集电极和发射极相当于短路，常与截止配合于开关电路。
　　观点二：
　　截止区、放大区和饱和区。主要是根据两个pn结的偏置条件来决定：
　　发射结正偏，集电结反偏——放大状态；
　　发射结正偏，集电结也正偏——饱和状态；
　　发射结反偏，集电结也反偏——截止状态。
　　这些状态之间的转换，可以通过输入电压或者相应的输入电流来控制，例如：在放大状态时，随着输入电流的增大，当输出电流在负载电阻上的压降等于电源电压时，则电源电压就完全降落在负载电阻上，于是集电结就变成为0偏压，并进而变为正偏压——即由放大状态转变为饱和状态。当输入电压反偏时，则发射结和集电结都成为了反偏，没有电流通过，即为截止状态。
　　正偏与反偏的区别：对于NPN晶体管，当发射极接电源正极、基极接负极时，则发射结是正偏，反之为反偏；当集电极接电源负极、基极（或发射极）接正极时，则集电结反偏，反之为正偏。总之，当p型半导体一边接正极、n型半导体一边接负极时，则为正偏，反之为反偏。
　　上述两个观点都没有错，但是很多初学者都会认为贴片三极管是两个 PN 结的简单凑合，如下图：
　　这种想法是错误的，两个贴片二极管的组合不能形成一个贴片三极管，我们以 NPN 型贴片三极管为例，如下图：
　　两个 PN 结共用了一个 P 区（也称基区），基区做得极薄，只有几微米到几十微米，正是靠着它把两个 PN 结有机地结合成一个不可分割的整体，它们之间存在着相互联系和相互影响，使三极管完全不同于两个单独的 PN 结的特性。贴片三极管在外加电压的作用下，形成基极电流、集电极电流和发射极电流，成为电流放大器件。
　　贴片三极管的电流放大作用与其物理结构有关，贴片三极管内部进行的物理过程是十分复杂的，初学者暂时不必去深入探讨。从应用的角度来讲，可以把三极管看作是一个电流分配器。一个贴片三极管制成后，它的三个电流之间的比例关系就大体上确定了，如下图所示：
　　这是粗、细两根水管，粗的管子内装有闸门，这个闸门是由细的管子中的水量控制着它的开启程度。如果细管子中没有水流，粗管子中的闸门就会关闭。注入细管子中的水量越大，闸门就开得越大，相应地流过粗管子的水就越多，这就体现出“以小控制大，以弱控制强”的道理。由图可见，细管子的水与粗管子的水在下端汇合在一根管子中。
　　贴片三极管的基极 b 、集电极 c 和发射极 e 就对应着图中的细管、粗管和粗细交汇的管子。如下图所示：
　　若给贴片三极管外加一定的电压，就会产生电流 I b 、 I c 和 I e 。调节电位器 RP 改变基极电流 I b ， I c 也随之变化。由于 I c ＝ βI b ，所以很小的 I b 控制着比它大 β 倍的 I c 。 I c 不是由贴片三极管产生的，是由电源 V CC 在 I b 的控制下提供的，所以说三极管起着能量转换作用。

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