晶体管三种工作状态的判断
【题目】
在如图所示电路中，V 6CC =U , Ω=3k C R ，Ω=10k B R ，25β=。当输入电压U 1分别为3V ，1V 和-1V 时，试问晶体管处于何种工作状态？
【相关知识】
晶体管的输入和输出特性以及三种工作状态的判断。
【解题方法】
应用晶体管三种工作状态的条件和特点加以判别。
【解题过程】
由电路图可知，晶体管饱和时集电极电流近似为
2mA A 10
363C CC C =?=≈R U I 晶体管刚饱和时的基极电流为
/C B 2mA 80μA 25
I I ===β （1）当V 31=U 时
/B 6-3B BE 1B A 230A 10230A 10
107.03I R U U I >μ=?=?-=-= 显然，晶体管处于深度饱和状态。
（2）当V 11=U 时
/B 6-3B BE 1B A 30A 1030A 10
107.01I R U U I <μ=?=?-=-= 所以，晶体管处于放大状态。
（3）当V 11-=U 时，由于晶体管的基极和发射极之间加上了反向电压，则晶体管可靠截止。
【常见错误】
本例题常见问题是对晶体管三种状态的特点不了解，要注意温习。例如晶体管饱和时，其集电极和发射极之间的压降近似等于零，相当于短路。这样，根据电路分别计算集电极和基极的饱和电流也就不难了。
【总结】
本例题用基极实际输入电流与临界饱和电流比较，来判断晶体管的三种工作状态，方法比较简便。
放大电路的组成及工作原理
2、4 放大电路的组成及工作原理 参考教材:《模拟电子技术基础》孙小子张企民主编西安:西安电子科技大学出版社 一、教学目标及要求 1、通过本次课的教学,使学生了解晶体管组成的基本放大电路的三种类型,掌 握放大电路的组成元器件及各元器件的作用,理解放大电路的工作原理。 2、通过本节课的学习,培养学生定性分析学习意识,使学生掌握理论结合生活 实际的分析能力。 二、教学重点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 三、教学难点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 四、教学方法及学时 1、讲授法 2、1个学时 五、教学过程 （一）导入新课 同学们,上节课我们已经学习了晶体管内部载流子运动的特性以及由此引起的晶体管的一些外部特性,比如说晶体管的输入输出特性等,在这里,我要强调一下,我们需要把更多的注意力放在关注晶体管的外部特性上,而没有必要细究内部载流子的特点。由晶体管的输出特性,我们知道,当晶体管的外部工作条件不同时,晶体管可以工作在三个不同的区间。分别为:放大区、截止区、饱与区,其中放大区就是我们日常生活中较为常用的一种工作区间。大家就是否还记得,晶体管工作在放大区时所需要的外部条件就是什么不(发射结正偏,集电结反偏)？这节课,我们将要进入一个晶体管工作在放大区时,在实际生活中应用的新内容学习。 2、4放大器的组成及工作原理 一、放大的概念 放大: 利用一定的外部工具,使原物体的形状或大小等一系列属性按一定的比例扩大的过程。日常生活中,利用扩音机放大声音,就是电子学中最常见的放大。其原理框图为: 声音声音 扩音器原理框图 由此例子,我们知道,放大器大致可以分为:输入信号、放大电路、直流电源、输出信号等四部分,它主要用于放大小信号,其输出电压或电流在幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。对放大电路的基本要求:一就是信号不失真,二就是要放大。 二、基本放大电路的组成
如何快速确定三极管的工作状态三极管的三种工作状态分析判断
如何快速确定三极管的工作状态三极管的三种工作状态分析判断有放大、饱和、截止三种工作状态，放大电路中的三极管是否处于放大状态或处于何种工作状态，对于学生是一个难点。笔者在长期的教学实践中发现，只要深刻理解三极管三种工作状态的特点，分析电路中三极管处于何种工作状态就会容易得多，下面结合例题来进行分析。 一、三种工作状态的特点 1.三极管饱和状态下的特点 要使三极管处于饱和状态，必须基极电流足够大，即IB≥IBS。三极管在饱和时，集电极与发射极间的饱和电压(UCES)很小，根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC，所以IBS=ICS/β=EC-UCES/β≈EC/βRC。三极管饱和时，基极电流很大，对硅管来说，发射结的饱和压降UBES=0.7V(锗管UBES=-0.3V)，而UCES=0.3V，可见，UBE>0，UBC>0，也就是说，发射结和集电结均为正偏。三极管饱和后，C、E 间的饱和电阻RCE=UCES/ICS，UCES 很小，ICS 最大，故饱和电阻RCES很小。所以说三极管饱和后G、E 间视为短路，饱和状态的NPN 型三极管等效电路如图1a 所示。 2.三极管截止状态下的特点要使三极管处于截止状态，必须基极电流IB=0，此时集电极IC=ICEO≈0(ICEO 为穿透电流，极小)，根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC，集电极与发射极间的电压UCE≈EC。 三极管截止时，基极电流IB=0，而集电极与发射极间的电压UCE≈ECO 可见，UBE≤0，UBC1V 以上，UBE>0，UBC 二、确定电路中三极管的工作状态 下面利用三极管三种工作状态的特点和等效电路来分析实际电路中三极管的工作状态。 例题：图2 所示放大电路中，已知EC=12V，β=50，Ri=1kΩ，Rb=220kΩ，Rc=2kΩ，其中Ri 为输入耦合电容在该位置的等效阻抗。问：1.当输入信号最大值为+730mV，最小值为-730mV 时，能否经该电路顺利放大?2.当β=150 时，该电路能否起到正常放大作用?
三极管工作状态 有图
NPN：放大，集电结反偏，发射结正偏； 截止，集电结反偏，发射结反偏； 饱和，集电结正偏，发射结正偏； PNP：放大，集电结正偏，发射结反偏； 截止，集电结正偏，发射结正偏； 饱和，集电结反偏，发射结反偏； 这是我脑子里的东西，你自己看一下是不是相反吧 简单的办法就是判断他们的电位变化的情况。以下以NPN硅管为例，PNP管正好相反。（1）截止，Ube<0.7V，也就是发射结反偏，Ube<0的时候是可靠截止。（2）放大，Ube>0.7V，Uce>Ube，Ubc<0，也就是发射结正偏，集电结反偏。（3）饱和，Ube>0.7V，Uce
第五节电路的三种状态
第五节电路的三种状态 一、空载状态 空载状态又称断路或开路状态(图1—31)，它是电路中开关断开或联接导线折断引起的一种极端运行状态。电路空载时，外电路所呈现的电阻可视为无穷大，故电路具有下列特征： 1、电路中的电流为零，即I＝0。 2、U1＝US，即电源的端电压等于电源电压。此电压称为空载电压或开路电压，用U0表示。利用此特点可以测出电源电压。 3、因为电源对外不输出电流，电源的输出功率和负载所消耗的功率均为零。 二、短路状态 由于电源线绝缘损坏、操作不当等引起电源的两输出端相接触，造成电源被直接短路的情况（图1—32），是电路的另一种极端运行状态。当电源直接短路时，外电路所呈现的电阻可近似为零，电路具有下列特征： 1、电源中的电流最大，输出电流为零。因为：，在一般供电系统中，电源的内电阻R0很小，故短路电流IS很大，但对外电路无电流输出。 2、电源和负载的端电压均为零。表明电源的电压全部降落在电源的内阻上，电源发出的功率全部消耗在电源内阻上。 此时电源发出的功率为: 例1—8 图1—33为某汽车行李箱灯电气简图，蓄电池电压US=12V，内阻R=0.2Ω,灯泡为12V 6W,试求: 1)空载电压UO； 2)短路电流IS。 解：1）灯泡电阻 2）UO=US=12V 由上计算可知，短路时电路中电流很大，容易烧毁电源与设备。另外短路时强电流产生强大的电磁力会造成机械上的损失，因而实际电路中必须设置短路保护装置，最常用的是用熔断器作保护电器。 三、负载状态 如图1—34所示，负载状态是一般的有载工作状态。此时电路有下列特征： 1．电路中的电流为 当电源电压US和内阻R0一定时，电路中电流的大小取决于负载的大小。 2．电源的端电压为 U1=US-IR0 电源的端电压总是小于电源电压。若忽略电源内阻，则电源的端电压U1等于电源电压US。 四、额定功率 电路元件在工作时都有一定的使用限度，其限额值称为额定值。例如，标明
放大电路的直流工作状态分析
放大电路的直流工作状态分析 直流工作状态分析即求出电路未加输入信号时，管子的基极电流，集电极电流 BQ I，静 态管压降 CEQ V。 常见放大电路如图3.1所示。 o u CC U + - L R VT （a）（b） C L R VT （c） 图3.1 它们的静态工作点的估算按下述公式进行： （a） BQ I A 40 300 12 300 6.0 12 b BE CCμ R V V = ≈ - = - = BQ CQ I Iβ ≈ C CQ CC CEQ R I V V- =
（b ） BQ I e b BE CC )1(R R V V β++-= BQ CQ I I β≈ )(e C CQ CC CEQ R R I V V +-= （c ） CC b2 b1b2 B V R R R V += EQ I CQ e BE B I R V V ≈-= β += 1EQ BQ I I )(e C CQ CC CEQ R R I V V +-= 对PNP 放大电路Q 点的计算与上述一样，实际电流方向与NPN 相反，电压极性相反。 另一种分析方法是图解法：它的关键点是正确做出直流负载线，通过直流负载线与 BQ B I i =的特性曲线的交点，即为Q 点，从图上读出Q 点坐标即得CQ I 和CEQ V 。 元件参数变化对直流工作点的影响： b R 变化改变BQ I 值，对直流负载线不产生影响。 C R 变化改变直流负载线的斜率，对基极电流B I 没有影响，所以Q 点将沿直流负载线移动。 CC V 的变化比较复杂，既影响基极电流B I ，也影响直流负载线。如果C R 没有变化，直流负载线是平行移动的。Q 点将在原位置右上方或左下方移动。
为了提高效率 高频功率放大器一般工作在C类工作状态
2007~2008学年高频期末考试（A 卷） 一、选择题（每题1分，共10分）： 1. 为了提高效率，高频功率放大器一般工作在( C )工作状态。 (A) 甲类 (B)乙类 (C)丙类 (D)甲乙类 2. 在高频放大器中，多用调谐回路作为负载，其作用不包括 （ D ）。 (A)选出有用频率 (B)滤除谐波成分 (C)阻抗匹配 (D)产生新的频率 成分 3. 利用高频功率放大器的基极调制特性完成功放和调幅，功率放大器工作 状态应选（ A ）。 (A)欠压 (B)临界 (C)过压 (D)超临界 4. 以下振荡器频率稳定度最高的是（ C ） (A)互感反馈??? (B)克拉泼电路??? (C)西勒电路???(D)电容三端式振荡电路 5. 调谐放大回路的通频带与( A )有关。 (A) 回路谐振频率和品质因数 (B) 品质因数和频率稳定度 (C) 回路谐振频率和失谐量 (D) 失谐量和频率稳定度 6. 如下图所示的传输线变压器是一种（ D ） (A) 2:1阻抗变换传输线变压器， (B) 1:2阻抗变换传输线变压器， (C) 1:4阻抗变换传输线变压器， (D) 4:1阻抗变换传输线变压器。 7. 相位鉴频器的输出电压值为比例鉴频器输出电压值的( B ) (A) 4倍， (B) 2倍， (C) 1/2， (D) 1/4。 8.调幅信号()()()V t t t u c c ωcos cos 1Ω+=，则上、下边频分量的功率占总功率的( D )
(A)1/2， (B)2/3， (C)1/6， (D)1/3。 9. 单频调制时，调相波的最大相偏Δφm 正比于 ( A ) (A) ? u Ω(t)?max ， (B) u Ω(t)， (C) Ω， (D) ? du Ω(t)/dt ?max 。 10. 石英晶体振荡器的主要优点是 （ C ） (A)容易起振 (B)振幅稳定 (C)频率稳定度高 (D)减小谐波分量 二、填空题（共20分）： 1. 单调谐放大器经过级联后一般会使电压增益 变大 (1分)、通频带 变窄 (1分)、选择性 变好 (1分)。 2. 正弦波振器的振荡平衡条件是 A(ω0)F(ω0)=1(2 分)和 2A F n ??π+=(0,1,2,n =±±L )(2分)。 3. 振幅解调方法可分为包络检波 (1分)和 同步检波 (1分)两大类。 4. 已知调频信号()63 ()5cos 5102cos 210u t t t ππ??=?-??? (V)，若调频灵敏度k f =104Hz/V ，则调制信号u ?(t)= 0.2sin(2??103t) (V) (2分)，该调频波的最大频偏为?f m = 2?103 (Hz) (2分)。 5．减少高频功放晶体管Pc 的方法主要有：减少集电极电流的 流通角 (2分)和在集电极 电流流通时 集电极电压 (2分)最小； 6. 已调波信号336()(53cos 210sin 410)cos 410u t t t t πππ=+?-???伏，则该信号为 AM/调幅/幅度 (1分)调制波，其载波频率为 2?106Hz (1分)，调制信号为 33(3cos 210sin 410)k t t ππ?-?(1分)。 三、综合题（共70分） 1. 变频器的非线性转移特性为 设cos cos ,Lm L cm c Q v V t V t V ωω=++并且Lm cm V V >>，试求： 1）当Q Lm V V =时，对于（c L ωω-）和（c L ωω-2）的变频跨导；10% 2）当0Q V =时，对于（c L ωω-）的变频跨导。5%
关于三极管工作于开关状态的原理解析
关于三极管工作于开关状态的原理解析 晶体三极管的实际开关特性决定于管子的工作状态。晶体三极管输出特性三个工作区，即截止区、放大区、饱和区,如图4.2.1(b)所示。如果要使晶体三极管工作于开关的接通状态，就应该使之工作于饱和区； 要使晶体三极管工作于开关的断开状态，就应该使之工作于截止区，发射极电流iE=0，这时晶体三极管处于截止状态，相当于开关断开。集电结加有反向电压，集电极电流iC=ICBO，而基极电流iB=-ICBO。说明三极管截止时，iB并不是为0，而等于-ICBO。基极开路时，外加电源电压VCC使集电结反向偏置，发射结正向偏置晶体三极管基极电流iB=0时，晶体管并未进入截止状态，这时iE=iC =ICEO还是较大的。晶体管进入截止状态，晶体管基极与发射极之间加反向电压，这时只存在集电极反向饱和电流ICBO，iB =-ICBO，iE=0，为临界截止状态。进一步加大基极电压的绝对值，当大于VBO时，发射结处于反向偏置而截止，流过发射结的电流为反向饱和电流IEBO，这时晶体管进入截止状态iB = -(ICBO+ IEBO)，iC= ICBO。发射结外加正向电压不断升高，集电极电流不断增加。同时基极电流也增加，随着基极电流iB 的增加基极电位vB升高，而随着集电极电流iC的增加，集电极电位vC却下降。当基极电流iB增大到一定值时，将出现vBE =vCE的情况。这时集电结为零偏，晶体管出现临界饱和。 如果进一步增大iB ，iB增大，使得集电结由零偏变为正向偏置，集电结位垒降低，集电区电子也将注入基区，从而使集电极电流iC随基极电流iB的增大而增大的速度减小。这时在基区存储大量多余电子-空穴对，当iB继续增大时，iC基本维持不变，即iB失去对iC的控制作用，或者说这时晶体管的放大能力大大减弱了。这时称晶体管工作于饱和状态。一般地说，在饱和状态时饱和压降VBE(sat)近似等于0.7V，VCE(sat)近似等于0.3V。由图4.2.1(a)可看出，集电极电流iC的增加受外电路的限制。由电路可得出iC的最大值为ICM= VCC/ RC。晶体管进入饱和状态，基极电流增大，集电极电流变化很小，即iC=ICS=(VCC-VBE(sat))/RC晶体管处于临界饱和时的基极电流为IBS=ICS/β=(VCC-VBE(sat))/βRC 基极电阻增大,驱动电流不足,特别是晶体管从放大区进入饱和区时时间太长,开关晶体管发热烧坏,因此此电阻的计算为:Rb《=Hfe*(Vb-0.7)/Icm 在简易自动控制电路中，将介绍一些模拟实验电路，利用一些物理现象产生的力、热、声、光、电信号，实现自动控制，以达到某种控制效果。
电路的三种状态：通路、断路(开路)、短路
电路的三种状态：通路、断路（开路）、短路 我们知道电路是由三个重要组成部分组成，分别是：电源、负载、链接导线。而电路的运行也有三种状态，它们分别是：通路、断路（也称为开路）、短路。下面分别做个介绍： 通俗解释： 通路：电路有电流流过负载 断路：电路中没有电流 短路：电路中没有负载 什么是通路 如下电路图所示，如果开关K置于1触电处，就会接通负载与电源，电路中有电流流过，这时电路出于通路状态，电流可由闭合电路欧姆定律公式计算的来，电压为U=IR或U=E-I×R0。提示：图中电阻R被看作是一个 负载。由此可见：实际电源的输出电压U总是小于电动势，原因是电源内阻上有电压降，因此对于电源而言，要求内阻越小越好。（电源提供的电压由电源电动势E和电源内阻R串联组成）。
什么是断路 继续观察上图，如果开关K置于2触电处，电路就处于断开状态，并不是一个完整的断路。因此被称为断路或者开路。开路时，外电路电阻是无穷大（除非空气也导电了），电路中没有电流，电源的端电压等于电动势，电源不输出电能。开路的特征是： I=0，即没有电流。U=E，即电路电压等于电源电动势 什么是短路 继续观察上图，如果开关K置于3触电处，那么这时负载电阻为零（不考虑导线电阻的情况下）。这时就好比直接将电源的正极接到负极上。此时电路就处于短路状态（老话俗称连火了）。在此状态下电路中的电流几乎就是电源电动势÷电源内部电阻了，即I=E/r0。 由于电源内阻r0一般很小，所以如果电路出现短路，那么电流I就很大，如果电路中没有保护装置，较大的短路电流很容易导致线路过热烧坏或者直接烧坏电源，造成严重的安全事故即财产损失，电工工作中要仔细避免。所以我们电工一般都需要在电路中安装好熔断装置（比如保险丝），这一当电流突然增大时可以瞬间把保险丝烧坏，从而实现断路而保护设备及电源的安全。
三极管的工作原理(经典)
三极管的工作原理（转载） 三极管的工作原理 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。 放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。 如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。 在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。 在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。 而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 结构与操作原理
三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集 极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体， 和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中 性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。 三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类，这里 我们先讨论最常用的所谓”正向活性区”(forward active)，在此区EB极间的pn接 面维持在正向偏压，而BC极间的pn接面则在反向偏压，通常用作放大器的三极管 都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。 EB接面的空乏 区由于在正向偏压会变窄，载体看到的位障变小，射极的电洞会注入到基极，基 极的电子也会注入到射极；而BC接面的耗尽区则会变宽，载体看到的位障变大， 故本身是不导通的。图2(b)画的是没外加偏压，和偏压在正向活性区两种情形 下，电洞和电子的电位能的分布图。 三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢？其间最大的不同部分就在 于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例， 射极的电洞注入基极的n型中性区，马上被多数载体电子包围遮蔽，然后朝集电极 方向扩散，同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时， 会被此区内的电场加速扫入集电极，电洞在集电极中为多数载体，很快藉由漂移电流 到达连结外部的欧姆接点，形成集电极电流IC。 IC的大小和BC间反向偏压的大小 关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec，与由基极注入 射极的电子流InB? E（这部分是三极管作用不需要的部分）。 InB? E在射极与与电 洞复合，即InB? E=I Erec。pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地 在图3(a)中看出。
三极管的工作原理
三极管的工作原理 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 结构与操作原理 三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。
快速确定三极管工作状态的方法
快速确定三极管工作状态的方法 重庆易天龙 三极管有放大、饱和、截止三种工作状态，放大电路中的三极管是否处于放大状态或处于何种工作状态，对于学生是一个难点。笔者在长期的教学实践中发现，只要深刻理解三极管三种工作状态的特点，分析电路中三极管处于何种工作状态就会容易得多，下面结合例题来进行分析。 一、三种工作状态的特点 1．三极管饱和状态下的特点 要使三极管处于饱和状态，必须基极电流足够大，即Is≥IBs。三极管在饱和时，集电极与发射极间的饱和电压(Uces)很小，根据三极管输出电压与输出电流关系式Uce＝Ec－IcRc，所以 三极管饱和后，C、E间的饱和电阻RcEs=UcEs／Ics，UcEs很小，Ics最大，故饱和电阻RcEs很小。所以说三极管饱和后C、E问视为短路，饱和状态的NPN型三极管等效电路如图1a所示。 2．三极管截止状态下的特点 三极管截止后，C、E间的截止电阻Rce＝UcE／Ic，UcEs很大，等于电源电压，Ics极小，C、E间电阻RcE很大，所以，三极管截止后C、E间视为开路，截止状态的NPN型三极管等效电路如图1b。 3．三极管放大状态下的特点
要使三极管处于放大状态，基极电流必须为：0 三极管状态判断 NPN管:放大状态Vc>Vb>Ve,饱和状态Vb>ve,Vb>vc,截止状态Vc=+V,Vb=0 PNP管:放大状态Ve>Vb>Vc,饱和状态Vb 1、三极管的正偏与反偏：给PN结加的电压和PN结的允许电流方向一致的叫正偏，否则就是反偏。即当P区（阳极）电位高于N区电位时就是正偏，反之就是反偏。例如NPN型三极管，位于放大区时，Uc>Ub集电极反偏，Ub>Ue发射极正偏。总之，当p型半导体一边接正极、n型半导体一边接负极时，则为正偏，反之为反偏。 NPN和PNP主要是电流方向和电压正负不同。 NPN是用B—E的电流（IB）控制C—E的电流（IC），E极电位最低，且正常放大时通常C极电位最高，即VC>VB>VE。 PNP是用E—B的电流（IB）控制E—C的电流（IC），E极电位最高，且正常放大时通常C极电位最低，即VC 2、三极管的三种工作状态：放大、饱和、截止 （1）放大区：发射结正偏，集电结反偏。对于NPN管来说，发射极正偏即基极电压Ub>发射极电压Ue，集电结反偏就是集电极电压Uc>基极电压Ub。放大条件：NPN管：Uc>Ub>Ue；PNP管：Ue>Ub>Uc。 （2）饱和区：发射结正偏、集电结正偏--BE、CE两PN结均正偏。即饱和 导通条件：NPN管：Ub>Ue,Ub>Uc，PNP型管：Ue>Ub,Uc>Ub。饱合状态的特征是：三极管的电流Ib、Ic 都很大，但管压降Uce 却很小，Uce≈0。这时三极管的c、e 极相当于短路，可看成是一个开关的闭合。饱和压降，一般在估算小功率管时，对硅管可取0.3V，对锗管取0.1V。此时的，iC几乎仅决定于Ib，而与Uce无关，表现出Ib对Ic的控制作用。 （3）截止区：发射结反偏，集电结反偏。由于两个PN 结都反偏，使三极 管的电流很小，Ib≈0，Ic≈0，而管压降Uce 却很大。这时的三极管c、e 极相当于开路。可以看成是一个开关的断开。 3、三极管三种工作区的电压测量 如何判断电路中的一个NPN硅晶体管处于饱和,放大,截止状态？用电压表 测基极与射极间的电压Ube。 饱和状态 eb有正偏压约0.65V左右,ce电压接近0V. 放大状态 eb有正偏压约0.6V,ce电压大于0.6V小于电源电压. 截止状态 eb电压低于0.6V,ce电压等于或接近电源. 在实际工作中，可用测量BJT各极间电压来判断它的工作状态。NPN型硅管的典型数据是：饱和状态Ube=0.7V，Uce=0.3V；放大区Ube=0.7V；截止区Ube=0V。这是对可靠截止而言，实际上当Ube<0.5V时，即已进入截止状态。对于PNP管，其电压符号应当相反。 截止区：就是三极管在工作时，集电极电流始终为0。此时，集电极与发射极间电压接近电源电压。对于NPN型硅三极管来说，当Ube在0～0.5V 之间时，Ib很小，无论Ib怎样变化，Ic都为0。此时，三极管的内阻（Rce）很大，三极管截止。当在维修过程中，测得Ube低于0.5V或Uce接近电源电压时，就可 知道三极管处在截止状态。 三极管工作原理及主要参数详解 三极管（全称：半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管），是一种控制电流的半 导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。介绍三极 管的工作原理以及主要参数。 晶体三极管是p型和n型半导体的有机结合，两个pn结之间的相互影响，使pn结的功能 发生了质的飞跃，具有电流放大作用。晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。如图2-17所示。（用Q、VT、PQ表示）三极管之所以具有电流放大作用，首先，制造工 艺上的两个特点： （1）基区的宽度做的非常薄; （2）发射区掺杂浓度高，即发射区与集电区相比具有杂质浓度高出数百倍。 晶体三极管的工作原理 三极管工作必要条件是（a）在B极和E极之间施加正向电压（此电压的大小不能超过 1V）;（b）在C极和E极之间施加反向电压（此电压应比eb间电压较高）;（c）若要取得 输出必须施加负载。 当三极管满足必要的工作条件后，其工作原理如下： （1）基极有电流流动时。由于B极和E极之间有正向电压，所以电子从发射极向基极移动，又因为C极和E极间施加了反向电压，因此，从发射极向基极移动的电子，在高电压 的作用下，通过基极进入集电极。于是，在基极所加的正电压的作用下，发射极的大量电 子被输送到集电极，产生很大的集电极电流。 （2）基极无电流流动时。在B极和E极之间不能施加电压的状态时，由于C极和E极间 施加了反向电压，所以集电极的电子受电源正电压吸引而在C极和E极之间产生空间电荷区，阻碍了从发射极向集电极的电子流动，因而就没有集电极电流产生。 综上所述，在晶体三极管中很小的基极电流可以导致很大的集电极电流，这就是三极管的 电流放大作用。此外，三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止，这就是 三极管的开关作用（开关特性）。 晶体三极管共发射极放大原理如下图所示： A、vt是一个npn型三极管，起放大作用。 B、ecc 集电极回路电源（集电结反偏）为输出信号提供能量。 C、rc 是集电极直流负载电阻，可以把电流的变化量转化成电压的变化量反映在输出端。 三极管工作原理分析，精辟、透彻，看后你就懂 随着科学技的发展，电子技术的应用几乎渗透到了人们生产生活的方方面面。晶体三极管作为电子技术中一个最为基本的常用器件，其原理对于学习电子技术的人自然应该是一个重点。三极管原理的关键是要说明以下三点: 1、集电结为何会发生反偏导通并产生Ic，这看起来与二极管原理强调的PN结单向导电性相矛盾。 2、放大状态下集电极电流Ic为什么会只受控于电流Ib而与电压无关；即：Ic与Ib之间为什么存在着一个固定的放大倍数关系。虽然基区较薄，但只要Ib为零，则Ic即为零。 3、饱和状态下，Vc电位很弱的情况下，仍然会有反向大电流Ic 的产生。 很多教科书对于这部分内容，在讲解方法上处理得并不适当。特别是针对初、中级学者的普及性教科书，大多采用了回避的方法，只给出结论却不讲原因。即使专业性很强的教科书，采用的讲解方法大多也存在有很值得商榷的问题。这些问题集中表现在讲解方法的切入角度不恰当，使讲解内容前后矛盾，甚至造成讲还不如不讲的效果，使初学者看后容易产生一头雾水的感觉。笔者根据多年的总结思考与教学实践，对于这部分内容摸索出了一个适合于自己教学的新讲解方法，并通过具体的教学实践收到了一定效果。虽然新的讲解方法肯定会有所欠 缺，但本人还是怀着与同行共同探讨的愿望不揣冒昧把它写出来，以期能通过同行朋友的批评指正来加以完善。 一、传统讲法及问题： 传统讲法一般分三步，以NPN型为例（以下所有讨论皆以NPN型硅管为例），如示意图A。1.发射区向基区注入电子；2.电子在基区的扩散与复合；3.集电区收集由基区扩散过来的电子。”（注1） 问题1：这种讲解方法在第3步中，讲解集电极电流Ic的形成原因时，不是着重地从载流子的性质方面说明集电结的反偏导通，从而产生了Ic，而是不恰当地侧重强调了Vc的高电位作用，同时又强调基区的薄。这种强调很容易使人产生误解。以为只要Vc足够大基区足够薄，集电结就可以反向导通，PN结的单向导电性就会失效。其实这正好与三极管的电流放大原理相矛盾。三极管的电流放大原理恰恰要求在放大状态下Ic与Vc在数量上必须无关，Ic只能受控于Ib。 问题2：不能很好地说明三极管的饱和状态。当三极管工作在饱和区时，Vc的值很小甚至还会低于Vb，此时仍然出现了很大的反向饱和电流Ic，也就是说在Vc很小时，集电结仍然会出现反向导通的现象。这很明显地与强调Vc的高电位作用相矛盾。 问题3：传统讲法第2步过于强调基区的薄，还容易给人造成这样的误解，以为是基区的足够薄在支承三极管集电结的反向导 抛开三极管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。 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&pide;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&pide;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 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。 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&pide;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&pide;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。 三极管在电路中的工作状态以及工作条件： 三极管有三种工作状态：截止状态、放大状态、饱和状态。当三极管用于不同目的时，它的工作状态是不同的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：当三极管b 极无电流时三极管工作在截止状态，c到e之间阻值无穷大，c到e之间无电流通过。 NPN型三极管要截止的电压条件是发射结电压Ube小于0.7V 即Ub-Ue<0.7V PNP型三极管要截止的电压条件是发射结电压Ueb小于0.7V 即Ue-Ub<0.7V (2)、放大区：三极管的b极有电流，Ic和Ie都随Ib改变而变化，即c极电流Ic 和e极电流Ie的大小受b极电流Ib控制。Ib越大，Rce越小，Ice越大；反之Ib 越小，Rce越大，Ice越小。 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。 NPN三极管要满足放大的电压条件是发射极加正向电压，集电极加反向电压: Ube=0.7V即Ub-Ue=0.7V PNP三极管要满足放大的电压条件是发射极加正向电压，集电极加反向电压: Ueb=0.7V即Ue-Ub=0.7V (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，集电极和发射之间的内阻最小，集电极和发射之间的电流最大。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。 NPN型三极管要满足饱和的电压条件是发射结和集电结均处于正向电压: Ube>0.7V即Ub-Ue>0.7V PNP型三极管要满足饱和的电压条件是发射结和集电结均处于正向电压: Ueb>0.7V即Ue-Ub>0.7V 从三极管的伏安特性可知：其工作区域分截止区、放大区、饱和区；放大区在截止区和饱和区之间，如果静态工作点不合适，偏向截止或饱和区，放大的信号会进入偏向的区域，其信号会产生失真。 NPN:Uce=Uc-Ue>0；PNP:Uce<0三极管状态判断
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图说三极管的三个工作状态
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三极管在电路中的工作状态以及工作条件