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【技术资料】三极管工作状态与应用

三极管全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种电流控制型的半导体器件。其主要作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,但在实际应用中,根据三极管的伏安特性,在三极管的三种工作状中切换,也可用作无触点电子开关,在MOS未普及前,一直是电路中电子开关管的主要器件。

1、下面以三极管伏安特性曲来对三种工作状态进行解析:

① 截止状态

以NPN型三极管为例,VB≤VE(基极电压小于等于发射极电压)发射极反偏,此时三极管处于截止状态,Ib(基极电流)=0,Ic(集电极电流)=0。等同开关断开,三极管的工作区于伏安特性图底部蓝色截止区,效电路如图1所示。

② 饱和状态

以NPN型三极管为例,VB>VE,VB>VC,Ib>Ibs(Ibs:Ib=Ic/β关系的最大值),此时Ic电流不再受放大倍数影响而快速上升到最大值,这种工作状态即为三极管的饱和导通状态,此时VCE很小,等同开关闭合,三极管的工作区于伏安特性图左侧三角形阴影的饱和区,等效电路如图2所示。

③、放大状态

以NPN型三极管为例,VBE>0且VB>VE,VBC>0且VB<VC,IC=β*Ib,三极管的工作区于伏安特性图中间大面积白色的放大区,三极管工作于放大区时,Ib对IC有很大的控制作用,此时,需要得到大功率输出就只能提高基极电流Ib(增大输入信号电流)或提高三极管的放大倍数。

通过三极管的伏安特性图可以看出,在三极管放大区内,Ib与Ic是线性关系且完全受Ib控制,这在信号放大或功率放大电路中,使电路设计更加简单精准。


2、应用说明:三极管用于信号放大及电流放大,有着无可替代的优势;三极管用于电子开关,虽然三极管在饱和区时,VCE非常小,即三极管饱和导通时内阻非常小,功耗较低,但从关(截止状态)到开(饱和状态)时,是Ib从小到大的线性过程,无法跳跃(三极管伏安特性图中的负载线),从开启到关断又是一个Ib从大到小的过程,这个过程经过放大区所消耗功率对电子开关是无用的,这种无用功耗不仅影响电路效率,过程所需时间也严重限制了三极管作为开关的工作频率。目前,在开关电路中,因三极管开关功耗和频率问题,已逐渐被MOS替代。