图说三极管的三个工作状态

1、图说三极管的三个工作状态大家都知道是控制型元件，三极管工作在放大状态下存在ic=ib的关系，怎么理解三极管的放大模型呢?这儿我们抛开三极管内部空穴和的运动，还是那句话只谈应用不谈原理，希翼通过下面的“图解”让初学者对三极管有一个形象的熟悉。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。假如放大倍数是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

2、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。有了这个形象的说明之后，我们再来看一个里常用的。图2我们来分析一下这个电路，假如它的放大倍数是100，基极我们不计。基极电流就是10v 10k=1ma，集电极电流就应当是100ma。按照欧姆定律，这样rc上的电压就是0.1a×50=5v。那么剩下的5v 就吃在了三极管的c、e 极上了。好!现在我们如果让rb 为1k，那么基极电流就是10v 1k=10ma，这样根据放大倍数100 算，ic 就是不是就为1000ma 也就是1a 了呢?如果真的为1安，那么rc 上的电压为1a×50=5

3、0v。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我们还是用水管内流水来比方电流，当这个控制电流为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，由于上面还有个，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实用了。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

4、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?毫无疑问三极管必需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 放射结电压vbe，我们说这个并不重要，由于只要ib 存在且为正当时，这个结电压便一定存在并且基本恒定(约0.51.2v，普通的管子取0.7v 左右)，也就是我们所讲的放射结正偏。既然ube 是固定的，那么，假如bjt 基极驱动信号为电

5、压信号时，就必需在基极串联一个限流电阻，5。此时，基极电流为ib=(ui-ube)/rb。普通状况省略rb 是不允许的，由于这样的话ib 将会变得很大，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怀的问题：rb 如何选取。前面说到过ic=ib，为了使晶体管进入饱和，我们必需增强ib，从而使ic 增大，rc 上的压降随之增大，直到rc 上几乎承受了全部的电源电压。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)。假如达到饱和时，我们忽视uce(sat)，那么就有icrl=ibrl=vcc。也就是只要保证

6、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/(200×100)a=0.25ma。假如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，事实上，对于这种状况，假如取一个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?由于我们的器件不是抱负的，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，

7、而且与集电极电流有关。在一定的集电极电流范围内，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研究了。我们在用法bjt 作为开关时，大多数状况下用于驱动外部负载，如、等，这些负载的电流普通较大，此时hfe 已经下降到远小于我们计算时用法的那个值。如前面的例子，假如这个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，计算基极电阻时用法的也应当取100 而不是200。而实际应用中，ib 并不是越大越好，由于ib 对外电路来说是没有实质作用的，它仅仅是维持bjt 牢靠导通的须要条件。ib 越大，

8、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，饱和区。那么三极管工作在什么工作状态是由什么打算的呢?是由基极电流(ib)来打算的,和其他因素彻低没有关系。假如ib = 0，则三极管工作在截止区。假如0图1请问：哪个脚是s(源极)、哪个脚是g(栅极)哪个脚是d(漏极)?d和s，是n沟道还是p沟道mos?1脚和3脚之间存在一个，这个二极管有什么作用?假如接入电路，普通哪个接输入哪个接输出?mos三个极怎么推断图2它们是n沟道还是p沟道图3寄生二极管在图1我们看

9、到d极和s极之间存在着一个二极管，这个二极管叫寄生二极管。mos的寄生二极管怎么来的呢?翻开高校里的书里面并没有寄生二极管的介绍。在网上查了一番资料才知道，它是由生产工艺造成的，大功率mos管漏极从硅片底部引出，就会有这个寄生二极管。小功率mos管例如集成芯片中的mos管是平面结构，漏极引出方向是从硅片的上面也就是与源极等同一方向，没有这个二极管。模拟电路书里讲得就是小功率mos管的结构，所以没有这个二极管。但d极和衬底之间都存在寄生二极管，假如是单个晶体管，衬底固然接s极，因此自然在ds之间有二极管。假如在ic里面，nmos衬底接最低的电压，pmos衬底接最高电压，不一定和s极相连，所以ds

10、之间不一定有寄生二极管。那么寄生二极管起什么作用呢?当电路中产生很大的眨眼反向电流时，可以通过这个二极管导出来，不至于击穿这个mos管。(起到庇护mos管的作用)寄生二极管方向判定图4mos管的应用开关作用我们笔记本主板上用得最多的电子器件便是mos管，可见mos管在低功耗方面应用得十分广泛，mos管都有哪些应用呢?先来看下面的原理图图5信任你从图5可以看出mos管在电路中的作用了吧，以上的mos开关实现的是信号切换(凹凸电平的切换)，那么mos在电路中要实现开关作用应当满足什么条件呢?还有前面提过mos管接入电路哪个极接输入哪个极接输出(提醒：寄生二极管是关键)?我们先看mos管做开关时在电

11、路的接法。图6想一想为什么是这样接呢?反过来接行不可?那是不可的。就拿nmos管来说s极做输入d极做输出，因为寄生二极管挺直导通，因此s极电压可以无条件到d极，mos管就失去了开关的作用，同理pmos管反过来接同样失去了开关作用。接下来谈谈mos管的开关条件，我们可以这么记，不论是p沟道还是n沟道，g极电压都是与s极电压做比较：n沟道： ug>us时导通。 (容易认为)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?这要看详细的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。隔离作用假如我们想实现线路上电流的单向流通，比如只让电流由a->b，阻挡由b->a，请问该怎么做?但这样的做法有一个缺点，二极管上会