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。

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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）。

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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。$U_{BE}<$开启电压，$I_B=0,I_C\approx 0$。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，$I_C=(1+\beta )I_B$。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$U_b>U_e$；根据集电结反偏，得$U_c>U_b$，整理得最后电位情况为：$U_c>U_b>U_e$。

• PNP型：
  
  根据发射结正偏，得$U_e>U_b$；根据集电结反偏，得$U_b>U_c$，整理得最后电位情况为：$U_e>U_b>U_c$。

• 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$U_{BE}$或$U_{EB}$，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，$I_C<\beta I_B。$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，$I_C$完全不受$I_B$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$U_b>U_e$；根据集电结正偏，得$U_b>U_c$。

• PNP型：
  
  根据发射结正偏，得$U_e>U_b$；根据集电结正偏，得$U_c>U_b$。

• 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$U_{CE}$。此时集电极和发射极之间就像短接一样，$U_{CE}很小$。此时的$U_{CE}$为三极管的饱和压降，用$U_{CES}$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$U_{BE}>$开启电压。

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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	$I_B$	$I_C$	$I_E$
截止	0	0	0
放大	$\mu$	$\beta I_B$	(1+$\beta$)$I_B$
饱和	>0	<$\beta I_B$	< (1+$\beta$)$I_B$

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$U_{CE}$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。