如何才能確認(rèn)三極管的工作狀態(tài)

三極管有放大、飽和、截止三種工作狀態(tài)，放大電路中的三極管是否處于放大狀態(tài)或處于何種工作狀態(tài)，對于學(xué)生是一個(gè)難點(diǎn)。在長期的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，只要深刻理解三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)，分析電路中三極管處于何種工作狀態(tài)就會(huì)容易得多，下面結(jié)合例題來進(jìn)行分析。

一、三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)

1.三極管飽和狀態(tài)下的特點(diǎn)

要使三極管處于飽和狀態(tài)，必須基極電流足夠大，即IB≥IBS。三極管在飽和時(shí)，集電極與發(fā)射極間的飽和電壓(UCES)很小，根據(jù)三極管輸出電壓與輸出電流關(guān)系式UCE=EC-ICRC，所以IBS=ICS/β=EC-UCES/β≈EC/βRC。三極管飽和時(shí)，基極電流很大，對硅管來說，發(fā)射結(jié)的飽和壓降UBES=0.7V(鍺管UBES=-0.3V)，而UCES=0.3V，可見，UBE>0，UBC>0，也就是說，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。三極管飽和后，C、E 間的飽和電阻RCE=UCES/ICS，UCES 很小，ICS 最大，故飽和電阻RCES很小。所以說三極管飽和后G、E 間視為短路，飽和狀態(tài)的NPN 型三極管等效電路如圖1a 所示。

2.三極管截止?fàn)顟B(tài)下的特點(diǎn)要使三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，必須基極電流IB=0，此時(shí)集電極IC=ICEO≈0(ICEO 為穿透電流，極小)，根據(jù)三極管輸出電壓與輸出電流關(guān)系式UCE=EC-ICRC，集電極與發(fā)射極間的電壓UCE≈EC。

三極管截止時(shí)，基極電流IB=0，而集電極與發(fā)射極間的電壓UCE≈ECO 可見，UBE≤0，UBC<0，也就是說，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。三極管截止后，C、E 間的截止電阻RCE=UCE/IC，UCES 很大，等于電源電壓，ICS 極小，C、E 間電阻RCE 很大，所以，三極管截止后C、E 間視為開路，截止?fàn)顟B(tài)的NPN 型三極管等效電路如圖1b。

3.三極管放大狀態(tài)下的特點(diǎn)

要使三極管處于放大狀態(tài)，基極電流必須為：00，對硅管來說，發(fā)射結(jié)的壓降UBE=0.7V(鍺管UBE=-0.3V)，三極管在放大狀態(tài)時(shí)，集電極與發(fā)射極間的電壓UCE>1V 以上，UBE>0，UBC<0，也就是說，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。三極管在放大狀態(tài)時(shí)，IB 與IC 成唯一對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)IB 增大時(shí)，IC 也增大，并且1B 增大一倍，IC 也增大一倍。所以，IC 主要受IB 控制而變化，且IC 的變化比IB 的變化大得多，即集電極電IC=β×IB。

三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)如附表所示。

二、確定電路中三極管的工作狀態(tài)

下面利用三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)和等效電路來分析實(shí)際電路中三極管的工作狀態(tài)。

例題：圖2 所示放大電路中，已知EC=12V，β=50，Ri=1kΩ，Rb=220kΩ，Rc=2kΩ，其中Ri 為輸入耦合電容在該位置的等效阻抗。問：1.當(dāng)輸入信號(hào)最大值為+730mV，最小值為-730mV 時(shí)，能否經(jīng)該電路順利放大?2.當(dāng)β=150 時(shí)，該電路能否起到正常放大作用?

分析：當(dāng)向三極管的基極輸入正極性信號(hào)時(shí)，其基極電流會(huì)增大，容易進(jìn)入飽和狀態(tài);當(dāng)向三極管的基極輸入負(fù)極性信號(hào)時(shí)，其基極電流會(huì)減小，容易進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。因此，解決輸入信號(hào)送入放大電路能否順利放大，主要是檢查最大值(一般為正極性)的輸入信號(hào)、最小值(一般為負(fù)極性)的輸入信號(hào)是否引起放大電路中三極管進(jìn)入了飽和狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)，如果兩種輸入信號(hào)都沒有使三極管進(jìn)入飽和、截止?fàn)顟B(tài)，那么該范圍的輸入信號(hào)送入放大電路后能被順利放大。如果兩種輸入信號(hào)使三極管進(jìn)入飽和或截止?fàn)顟B(tài)，則不能順利放大，會(huì)引起信號(hào)飽和失真或截止失真。

解1：

(1)當(dāng)最大值信號(hào)(Ui=+730mV)輸入時(shí)，假設(shè)會(huì)引起放大電路的三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)，

IB=I1+I2，利用戴維南定律，IB=(Ui-Ubss)/Ri+(Ec-Ubss)/Rb。

在飽和狀態(tài)下的三極管Ubss=0.7V，所以，三極管基極電流IB=(0.73-0.7)/1000+(120.7)/220000=30μ4+51.4μA=81.4μA，而三極管基極臨界飽和電流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/β×RC，根據(jù)飽和狀態(tài)下的三極管UCES=0.3V，所以，IBS=(12-0.3)/(50×2000)=117μA。

根據(jù)以上計(jì)算可知：IB大值輸入信號(hào)(Ui=+730mV)輸入時(shí)，放大電路的三極管仍處于放大狀態(tài)。(2)當(dāng)最小值輸入信號(hào)(Ui=-730mV)輸入時(shí)，假設(shè)會(huì)引起放大電路的三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，則等效電路如圖4 所示。

-Ec+IRc+IRi+Ui=0，所以，I=(Ec-Ui)/(Rc+Ri)=[12-(-0.73)]/(1000+220000)=58μA，

Uba=-IRb+Ec=-58μA×220000+12V=-0.76V。

可知：Ube<0，根據(jù)三極管截止?fàn)顟B(tài)的條件UBE≤0，假設(shè)成立，即當(dāng)最小值輸入信號(hào)(Ui=-730mV)輸入時(shí)，放大電路的三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。綜上所述，當(dāng)最大值為730mV，最小值為-730mV 的輸入信號(hào)輸入時(shí)，該放大電路不能順利放大。

解2：當(dāng)β=150 時(shí)，三極管基極臨界飽和電流IBS=ICS/β=(EC-UCES)/βRC=(12-

0.3)/(150×2000)=39μA，而三極管的基極電流IB=(EC-UBEQ)/Rb=(12-0.7)/220000=51μA。

根據(jù)以上計(jì)算可知：IB>IBS，根據(jù)三極管飽和狀態(tài)的條件IB≥IBS，可知，電路中的三極管處

于飽和狀態(tài)，即該電路不能起到正常放大作用。

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