图说三极管的三个工作状态
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图说三极管的三个工作状态
　　大家都知道是电流控制型元件，工作在放大状态下存在Ic=βIb的关系，怎么理解的放大模型呢?这儿我们抛开三极管内部空穴和电子的运动，还是那句话只谈应用不谈原理，希望通过下面的“图解”让初学者对三极管有一个形象的认识。本文引用地址：　　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。如果放大倍数是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。　　有了这个形象的解释之后，我们再来看一个单片机里常用的电路。　　&&
&　　图2　　我们来分析一下这个电路，如果它的放大倍数是100，基极电压我们不计。基极电流就是10V&10K=1mA，集电极电流就应该是100mA。根据欧姆定律，这样Rc上的电压就是0.1A×50Ω=5V。那么剩下的5V&就吃在了三极管的C、E&极上了。好!现在我们假如让Rb&为1K，那么基极电流就是10V&1K=10mA，这样按照放大倍数100&算，Ic&就是不是就为1000mA&也就是1A&了呢?假如真的为1安，那么Rc&上的电压为1A×50Ω=50V。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喻电流，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，因为上面还有个电阻，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有用了。因此我们可以计算出那个固定电阻的最大电流10V&50Ω=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?毫无疑问三极管必须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=βIB&。而至于BJT&发射结电压VBE，我们说这个并不重要，因为只要IB&存在且为正值时，这个结电压便一定存在并且基本恒定(约0.5～1.2V，一般的管子取0.7V&左右)，也就是我们所讲的发射结正偏。既然UBE&是固定的，那么，如果BJT&基极驱动信号为电压信号时，就必须在基极串联一个限流电阻，如图5。此时，基极电流为IB=(Ui-UBE)/RB。一般情况省略RB&是不允许的，因为这样的话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心的问题：RB&如何选取。前面说到过IC=βIB，为了使晶体管进入饱和，我们必须增加IB，从而使IC&增大，RC&上的压降随之增大，直到RC&上几乎承受了所有的电源电压。此时，UCE&变得很小，约0.2～0.3V(对于大功率BJT，这个值可能达到2～3V)，也就是我们所说的饱和压降UCE(sat)。如果达到饱和时，我们忽略UCE(sat)，那么就有ICRL=βIBRL=Vcc。也就是只要保证IB≥IC/β或IB≥Vcc/(βRL)时，晶体管就能进入饱和状态。我们看这样一组数据：Vcc=5V，β=200，RL=100Ω。那么要求IB≥5/(200×100)A=0.25mA。如果Ui=5V，那么取RB≤(Ui-UBE)/IB≈(5-0.7)/0.25kΩ=17.2kΩ就能满足要求了。但是，实际上，对于这种情况，如果取一个10kΩ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?　　因为我们的器件不是理想的，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β)不仅是温度的函数，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讨论了。我们在使用BJT&作为开关时，大多数情况下用于驱动外部负载，如LED、继电器等，这些负载的电流一般较大，此时hFE&已经下降到远小于我们计算时使用的那个值。如前面的例子，如果这个BJT&为MMBT3904，集电极电流达到近50mA，此时的β(或hFE)已经下降到只要100&左右了，计算基极电阻时使用的β也应该取100&而不是200。　　而实际应用中，IB&并不是越大越好，因为IB&对外电路来说是没有实质作用的，它仅仅是维持BJT&可靠导通的必要条件。IB&越大，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决定的呢?是由基极电流(Ib)来决定的,和其他因素完全没有关系。　　如果Ib&=&0，则三极管工作在截止区。　　如果0&&&Ib&×β&饱和电流，则三极管工作在放大区。　　如果&饱和电流　　虽然说三极管的工作状态是由基极电流决定的，但是能够影响基极电流的因素就有几个，其中最重要的就是静态工作点。　　在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。那什么是三极管的静态工作点呢?三极管静态工作点就是输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些电流、电压的数值可用BJT&特性曲线上一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q。用我们的大俗话就是三极管处于静态工作状态的时候的基极电流。就是当没有交流信号输入到基极的时候，三极管的基极电流。　　静态工作点是怎样影响三极管的呢?&静态工作点直接就会影响三极管的基极电流,&从而影响三极管工作在什么区域。&如果静态工作点靠近饱和区,&那么就很有可能部分的交流信号进入饱和区,没有进行放大,&造成饱和失真。&如果静态工作点靠近截止区,&那么也很有可能有部分的交流信号进入截止区,&造成截止失真。　　那什么因素会影响静态工作点呢?&影响静态工作点的因素有很多,&最突出的两个就是偏置电阻和温度。&如果偏置电阻过大,&那么造成基极电流较小,&静态工作点比较靠近截止区.&如果偏置电阻过小,那么造成基极电流较大,&静态工作点比较靠近饱和区。&所以偏置电阻的选择很重要,&另外的一个重要因素是温度.&大家都知道,&温度的升高会造成半导体器件的导电性能增强,&对于三极管来讲,&就是放大倍数的增加。&所以也就产生了,很多种的抑制静态工作点漂移的电路了。　　电子元件基础—MOS管　　平时在实验室常用的器件还是三极管相对较多，对MOS管用得甚少，今年11月份雨滴科技有限公司寄来了六套STM32&DEMO_V1.2评估板，板子上面就有几颗MOS管，为了更好认识MOS管，在课本和网上查了许多资料，现在整理出来给大家分享。　　由于水平有限在这儿我们只谈应用不谈原理。我们知道MOS管有P沟道和N沟道之分，给出一个MOS的电路符号，你是怎么判断它是N沟道，还是P沟道?下面我们就来看图1这颗MOS管电路符号。　　&&
&　　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脚之间存在一个二极管，这个二极管有什么作用?如果接入电路，一般哪个接输入哪个接输出?　　MOS三个极怎么判断　　&&
&　　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?翻开大学里的模拟电路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，如果是单个晶体管，衬底当然接S极，因此自然在DS之间有二极管。如果在IC里面，N—MOS衬底接最低的电压，P—MOS衬底接最高电压，不一定和S极相连，所以DS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瞬间反向电流时，可以通过这个二极管导出来，不至于击穿这个MOS管。(起到保护MOS管的作用)　　寄生二极管方向判定　　&&
&　　图4　　MOS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非常广泛，MOS管都有哪些应用呢?先来看下面的原理图　　&&
&　　图5　　相信你从图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(高低电平的切换)，那么MOS在电路中要实现开关作用应该满足什么条件呢?还有前面提过MOS管接入电路哪个极接输入哪个极接输出(提示：寄生二极管是关键)?我们先看MOS管做开关时在电路的接法。　　&&
&　　图6　　想一想为什么是这样接呢?反过来接行不行?那是不行的。就拿管来说S极做输入D极做输出，由于寄生二极管直接导通，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。&(简单认为)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?这要看具体的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：N2E，2N7002K，2N7002D，FDV301N等。UG比US大3V---5V即可。　　隔离作用　　如果我们想实现线路上电流的单向流通，比如只让电流由A-&B，阻止由B-&A，请问该怎么做?　　&&
&　　但这样的做法有一个缺点，二极管上会产生一个压降，损失一些电压信号。而使用MOS管做隔离，在正向导通时，在控制极加合适的电压，可以让MOS管饱和导通，这样通过电流时几乎不产生压降。下面我们来看一个防电源反接电路。　　&&
&　　这个电路当电源反接时管截止，保护了负载。电源正接时由于管导通压降比较小，几乎不损失电压，比在电源端加保险管再在负载并联一个二极管的方案好一些。
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微信公众号一三极管的放大区，截止区，饱和区是什么意思？
标签：电子元器件&三极管&三极管
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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。
(1)、截止区：
& & & &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。
&(2)、放大区：
& & & &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。 &
(3)、饱和区：
& & & &当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。
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单项选择题作为放大电路，三极管工作在（）。
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-&-&-&双极晶体管的截止区,放大区,饱和区的认知
双极晶体管的截止区,放大区,饱和区的认知
三极管具有3种工作状态：截止区、放大区、饱和区。三极管是由两层PN 结：PNP/NPN来组成的。所以可以看成在BE结上有一个二极管。Vbe约等于0.6V（硅管）或者0.3V（锗管）[非截止状态]。那么三极管的模型就是，在BE结上有一个二极管和一个电流表串联。电流表*hFE来控制Vce上等效的变阻器。那么，如果Vbe0.6V的话，那么三极管就在截止区。CE结之间的漏电很小。Vce=Vcc如果Vbe=0.6V的话，三极管导通。0.6V
Vcc如果Ib * hFE=Ic的话。CE结之间的电压可变，电流和Ib也成线性变化。而且Vce=Vcb+Vbe.那么如果Ib * hFE & Ic很多倍的话。那么Vce将小于0.6V.
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