三極管飽和原理正解

1、鄭老師：這篇大作把三極管的放大和截止兩個狀態(tài)闡述其機(jī)理挺明白了。那么還有第三個狀態(tài)，飽和狀態(tài)是怎么一個情況？請問1. 三極管飽和狀態(tài)是通過外部偏置電阻等預(yù)先設(shè)置好，通電后直接進(jìn)入這個飽和狀態(tài)的嗎？2. 三極管處于飽和狀態(tài)時(shí)， 集電結(jié)施加正偏電壓后， 基區(qū)及集電區(qū)各載流子的運(yùn)動狀態(tài)是怎 樣的？我怎么覺得兩個 PN結(jié)都處于正偏置狀態(tài)，感覺怪怪的呢？少數(shù)載流子怎么流動的？ 已經(jīng)加的正偏電壓 了，怎么還說是“反向?qū)ā蹦兀?. 三極管飽和狀態(tài)，集電極到發(fā)射極的電壓為什么只有 0.3V?請把基極到發(fā)射極，集電極到發(fā)射極之間的電壓用圖示表示出來一下吧。難道發(fā)射結(jié)跟集電結(jié)的勢壘不一樣大？集電結(jié)如果是0.4，

2、那么為什么發(fā)射結(jié)是 0.7V ?真是奇怪了。博主回復(fù)：2012-10-16 17:41:47你的問題很好！這也是三極管原理不好理解的關(guān)鍵之所在，也是傳統(tǒng)講法的問題之所在。飽和狀態(tài)時(shí)，集電極（NPN的高電位已不存在（為零），如你所說甚至低于基極電位，但仍 然有很大的飽和電流反向通過集電結(jié)。注意，這里所說的“反向”是指電流的方向與集電結(jié)的單向?qū)щ姡≒指向N的方向相反，電流的性質(zhì)也仍然是由發(fā)射極“發(fā)射”過來的“少數(shù) 截流子”電流。值得強(qiáng)調(diào)的是：集電結(jié)對這個反向的少子電流本質(zhì)上沒有阻礙作用，集電結(jié)作為PN結(jié)反向截止的只是“多子”電流，而不是“少子”電流。下面按你問題的順序來逐 條說一下：1三極客的飽和

3、狀態(tài)確實(shí)取決于外部偏置電阻電路，但不一定需要事先設(shè)置好。女口，當(dāng)集電極電阻的參數(shù)處在合適范圍時(shí)， 三極客是否進(jìn)入飽和狀態(tài)主要取決于基極的控制。開關(guān)型三極管就是這樣工作的，要么截止要么飽和，取決于基極的控制。2三極客處于飽和狀態(tài)時(shí)，兩個PN結(jié)不是“都”處于正偏狀態(tài)，發(fā)射結(jié)是正偏狀態(tài)，要特別注意的是集電結(jié)，集電結(jié)電壓雖然可以為正但決不能達(dá)到門值，所以集電結(jié)并不是正偏狀態(tài)。如果集電結(jié)的正電壓達(dá)到門值，則反向的集電結(jié)（極）“少子”電流將消失，取而代之 的就是由基極指向集電極的“正向多子”電流，這時(shí)的三極管就完全等效成了兩個二極管， 這個正向多子電流純粹就是集電結(jié)的一個正向?qū)娏鳎炊O管電流），而不

4、再具備集電極電流的任何意義。所以，飽和狀態(tài)條件下，發(fā)射結(jié)是正偏，集電結(jié)是“零”偏并不是正偏，因此，集電極 的電流仍然是以發(fā)射區(qū)過來的“少子”構(gòu)成，屬于少子反向?qū)娏?。為什么說是反向，前已說明。3飽和狀態(tài)下三個電極的電位值問題與上面所說類似，要特別注意的是：此時(shí)的集電結(jié)并不是普通意義上的正偏導(dǎo)通，這與發(fā)射結(jié)的正偏導(dǎo)通有著本質(zhì)的不同。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通的電流是“多子”在門電壓作用下的正向通過PN結(jié)的電流，是普通意義上的PN結(jié)正向電流；而集電結(jié)此時(shí)是“零”偏， 集電結(jié)通過的電流是屬于“少子”性質(zhì)的反向電流。所以，兩個PN結(jié)的電流對于PN結(jié)自身來說是性質(zhì)完全不同的電流，因此，其電壓值一個是0.7V

5、而另一個是0.4V根本就無可比性，這是兩個不同性質(zhì)的外部條件參數(shù)，雖然都是電壓，但性質(zhì)不 同。一個是正向?qū)ǖ拈T電壓， 而另一個是滿足飽和狀態(tài)的“零”偏電壓，只有在此條件下，集電極電流才會在定量上脫離的基極電流的“比例”控制進(jìn)入所謂的飽和狀態(tài)。簡單說，兩個 PN結(jié)都導(dǎo)通，一個是正向?qū)ㄐ?，另一個是反向?qū)ㄐ再|(zhì)。正向?qū)ǖ?是多子電流，需要0.7V的門電壓，另一個導(dǎo)通的是少子反向電流，這個少子的反向電流導(dǎo) 通時(shí)不僅可以不需要電壓，甚至還可以承受一點(diǎn)微弱的“逆流”電壓，你說的那個0.4V就是屬于這種性質(zhì)的電壓。再舉個不太恰當(dāng)?shù)睦樱绻颜麄€三極管比做一個水龍頭，發(fā)射結(jié)的門電壓則是控制這個水龍頭是

6、否出水的關(guān)鍵，而集電結(jié)電壓只是水龍頭究竟該怎樣出水、如何出水的一個條件。發(fā)射結(jié)加上門電壓，這個水龍頭就打開了。此時(shí)，如果集電結(jié)加反偏電壓，這個反偏電 壓其實(shí)正好符合水龍頭的出水方向，所以它對出水有定性方面的幫助，只是出水的量則要按嚴(yán)格比例受控于lb，可大可小，這就是放大狀態(tài)；如果集電結(jié)加零壓，則出水量就會失去 比例控制，這也就是所謂的飽和狀態(tài)（其實(shí)，這時(shí)的出水量并不見得一定會比放大狀態(tài)時(shí)大，很有可能還很小，其大小主要取決于Uce）;如果集電結(jié)加上合適的“正偏”電壓（此時(shí)正偏電壓對出水起反作用），比如：稍大于0.4V但又小于0.7V，這個水龍頭就會停止出水，為 什么？因?yàn)榘l(fā)射結(jié)打開的這個水流又被

7、這個合適的正偏逆流電壓給堵回去了。顯然，如果這個正偏電壓超過了 0.7V，這個水龍頭的水流就會倒著流了。 不知我這樣說，是否更容易讓人 明白。最后，再說一下你關(guān)于勢壘的問題，兩個PN結(jié)的勢壘理論上應(yīng)該完全對稱（忽略其內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不嚴(yán)格對稱的影響），當(dāng)兩個PN結(jié)都加上正向偏置的門電壓后，這一情況理論上完全如此一一對稱。但這里的問題是兩上 PN結(jié)的導(dǎo)通性質(zhì)完全不同，這一點(diǎn)以上已詳細(xì)說明，所以，才會出現(xiàn)你說的 0.7V與0.4V不一樣的所謂問題。0.7V是PN結(jié)的正偏導(dǎo)通電壓，而 0.4V的正向電壓如上所述，只是集電結(jié)為了堵住反向少子電流通過PN結(jié)的一個電壓值。顯然，這兩個電壓性質(zhì)完全不同。根據(jù)我自己

8、的一管之見，我啰啰嗦嗦地說了這么多，希望對你能有所幫助。最后，謝謝你的問題，看得出你也是個非常認(rèn)真的人，能與你這樣的網(wǎng)友討論問題，是讓我感到非常愉快的事。網(wǎng)友問：2012-10-16 14:44:48請問鄭老師，三極管的飽和情況分析，按照上面的那個輸出特性曲線，怎么分析呢？沿某一 確定IB電流嗎？怎么通過上面這個輸出特性分析飽和狀態(tài)？是怎么進(jìn)入飽和狀態(tài)的？因?yàn)?輸出特性曲線是分別讓 IB和UCE改變后得到的一個曲線。如果是一個電路以及固定了，是 不是得用帶有負(fù)載線的曲線圖進(jìn)行分析是否進(jìn)入飽和狀態(tài)的？另外可以用電工學(xué)上的線性疊加方法來計(jì)算飽和狀態(tài)的電流情況嗎？ 博主回復(fù)：2012-10-16 17:38:39我們以最常見的三極管輸出特性圖（lb與Uce及與Ic的關(guān)系圖）來說，就是當(dāng) lb足夠大而Uce又足夠小時(shí)就會進(jìn)入飽和狀態(tài)。或者再簡單點(diǎn)，讓Uce確定，比如為0.4V，從圖中很容易就可看出只要 lb大到一定值，三極管就會進(jìn)