高中电子技术——三极管的放大特性和开关特性

前言：以下是对三极管的的放大特性和开关特性的简单整理。

1. 三极管的结构示意图

以下是三极管的结构示意图，在学习它的状态和偏置情况时我们可以简单看作是两个PN结的简单组成（在分析电位情况时可以这么看，但实际情况远比此复杂）。

2. 三极管的三种状态

三极管作为开关使用的时候一般工作在截止或饱和状态；作为放大元件使用的时候要工作在放大状态。

2.1 截止状态

发射结反偏，集电结反偏。UBE<U_{BE}<UBE<开启电压，IB=0,IC≈0I_B=0,I_C\approx 0IB=0,IC≈0。截止状态就相当于集电极和发射极之间的电阻很大，类似于断开状态，几乎没有电流流过。

2.2 放大状态

发射结正偏，集电结反偏，IC=(1+β)IBI_C=(1+\beta)I_BIC=(1+β)IB。电位关系如下（下面图示仅为了简单讨论电位变化情况，并不是说三极管等于两个二极管的组成，实际上他们有很大差别）：

NPN型：

根据发射结正偏，得Ub>UeU_b>U_eUb>Ue；根据集电结反偏，得Uc>UbU_c>U_bUc>Ub，整理得最后电位情况为：Uc>Ub>UeU_c >U_b>U_eUc>Ub>Ue。
PNP型：

根据发射结正偏，得Ue>UbU_e>U_bUe>Ub；根据集电结反偏，得Ub>UcU_b>U_cUb>Uc，整理得最后电位情况为：Ue>Ub>UcU_e >U_b>U_cUe>Ub>Uc。
三极管的导通压降：
三极管的导通压降是指发射结间的压降UBEU_{BE}UBE或UEBU_{EB}UEB，它决定了三极管是否导通或截止，也称开启电压。对于硅型三极管，发射结导通压降约为0.7V；对于锗型三极管，发射结导通压降约为0.2V。

2.3 饱和状态

发射结正偏，集电结正偏，IC<βIB。I_C < \beta I_B。IC<βIB。饱和状态和截止状态相反,集电极和发射极之间就像短路一样，ICI_CIC完全不受IBI_BIB控制。以下是饱和状态下的电位情况分析：

NPN型：

根据发射结正偏，得Ub>UeU_b>U_eUb>Ue；根据集电结正偏，得Ub>UcU_b>U_cUb>Uc。
PNP型：

根据发射结正偏，得Ue>UbU_e>U_bUe>Ub；根据集电结正偏，得Uc>UbU_c>U_bUc>Ub。
三极管的饱和压降
三极管的饱和压降是指三极管在饱和状态下，集电极和发射极之间的压降UCEU_{CE}UCE。此时集电极和发射极之间就像短接一样，UCE很小U_{CE}很小UCE很小。此时的UCEU_{CE}UCE为三极管的饱和压降，用UCESU_{CES}UCES表示。硅型三极管的饱和压降约为0.3V;锗型三极管的饱和压降约为0.1V；此时UBE>U_{BE}>UBE>开启电压。

3. 三极管工作状态的判定

3.1 PN结偏置判断

状态	发射结	集电结
截止	反偏	反偏
放大	正篇	反偏
饱和	正偏	正偏

3.2 电流判断

状态	IBI_BIB	ICI_CIC	IEI_EIE
截止	0	0	0
放大	μ\muμ	βIB\beta I_BβIB	(1+β\betaβ)IBI_BIB
饱和	>0	<βIB\beta I_BβIB	< (1+β\betaβ)IBI_BIB

3.3 例题

判断下列三极管状态：

分析：观察三个三极管的发射结压差，发现第一个和第二个达到了导通压降，所以最后一个三极管的状态是截止状态。再观察第一个和第二个三极管集电极和发射极之间的压差，发现第二个三极管的UCEU_{CE}UCE很小，约为三极管的饱和压降，可得第二个二极管工作在饱和状态。第一个三极管工作在放大状态。