發布日期：2022-10-09 點擊率：70
【導讀】工程師一定不會陌生三級管開關電路，對于他們來說，三極管是他們經常接觸的電子元器件，當然，第一次接觸三極管開關原理，肯定需要進行歸納總結，以便初學者更好的加深印象。
圖1
形象記憶法 ：
學過能量守恒定律的我們都知道，能量不會無緣無故的產生，所以由此可見三極管一定不會產生能量。它只是把電源的能量轉換成信號的能量罷了。但三極管厲害的地方在于：它可以通過小電流控制大電流。假設三極管是個大壩，這個大壩奇怪的地方是，有兩個閥門，一個大閥門，一個小閥門。小閥門可以用人力打開，大閥門很重，人力是打不開的，只能通過小閥門的水力打開。所以，平常的工作流程便是，每當放水的時候，人們就打開小閥門，很小的水流涓涓流出，這涓涓細流沖擊大閥門的開關，大閥門隨之打開，洶涌的江水滔滔流下。如果不停地改變小閥門開啟的大小，那么大閥門也相應地不停改變，假若能嚴格地按比例改變，那么，完美的控制就完成了。
我們可以這樣形容這個過程：這里我們可以設定Ube是小水流，Uce是大水流，人就是輸入信號。當然，如果把水流比為電流的話，會更確切，因為三極管畢竟是一個電流控制元件。如果水流處于可調節的狀態，這種情況就是三極管中的線性放大區。如果那個小的閥門開啟的還不夠，不能打開大閥門，這種情況就是三極管中的截止區。如果小的閥門開啟的太大了，以至于大閥門里放出的水流已經到了它極限的流量，這種情況就是三極管中的飽和區。但是你關小小閥門的話，可以讓三極管工作狀態從飽和區返回到線性區。如果有水流存在一個水庫中，水位太高(相應與Uce太大)，導致不開閥門江水就自己沖開了，這就是二極管的反向擊穿。PN結的擊穿又有熱擊穿和電擊穿。當反向電流和反向電壓的乘積超過PN結容許的耗散功率，直至PN結過熱而燒毀，這種現象就是熱擊穿。電擊穿的過程是可逆的，當加在PN結兩端的反向電壓降低后，管子仍可以恢復原來的狀態。電擊穿又分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩類，一般兩種擊穿同時存在。電壓低于5-6V的穩壓管，齊納擊穿為主，電壓高于5-6V的穩壓管，雪崩擊穿為主。電壓在5-6V之間的穩壓管，兩種擊穿程度相近，溫度系數最好，這就是為什么許多電路使用5-6V穩壓管的原因。
學過模電的人應該都遇到過，模擬電路中一般閥門是半開的，通過控制其開啟大小來決定輸出水流的大小。沒有信號的時候，水流也會流，所以，不工作的時候，也會有功耗。而在數字電路中，閥門則處于開或是關兩個狀態。當不工作的時候，閥門是完全關閉的，沒有功耗。比如用單片機外界三極管驅動數碼管時，確實會對單片機管腳輸出電流進行一定程度的放大，從而使電流足夠大到可以驅動數碼管。但此時三極管并不工作在其特性曲線的放大區，而是工作在開關狀態(飽和區)。當單片機管腳沒有輸出時，三極管工作在截止區，輸出電流約等于0。在制造三極管時，要把發射區的N型半導體電子濃度做的很大，基區P型半導體做的很薄，當基極的電壓大于發射極電壓(硅管要大0.7V，鍺管要大0.3V)而小于集電極電壓時，這時發射區的電子進入基區，進行復合，形成Ie；但由于發射區的電子濃度很大，基區又很薄，電子就會穿過反向偏置的集電結到集電區的N型半導體里，形成Ic；基區的空穴被復合后，基極的電壓又會進行補給，形成Ib。
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理論記憶法：
下面我們來說一下理論記憶法，根據下圖我們可以設定三極管的發射結和集電結均為反向偏置(VBE<0，VBC<0)，只有很小的反向漏電流IEBO和ICBO分別流過兩個結，故iB≈ 0，iC≈ 0，VCE ≈ VCC，對應于下圖中的A點。這時集電極回路中的c、e極之間近似于開路，相當于開關斷開一樣。BJT的這種工作狀態稱為截止。
圖2
根據示意圖可知，當發射結和集電結均為正向偏置(VBE>0，VBC>0)時，調節RB，使IB=VCC / RC，則BJT工作在上圖中的C點，集電極電流iC已接近于最大值VCC / RC，由于iC受到RC的限制，它已不可能像放大區那樣隨著iB的增加而成比例地增加了，此時集電極電流達到飽和，對應的基極電流稱為基極臨界飽和電流IBS，而集電極電流稱為集電極飽和電流ICS(VCC / RC)。此后，如果再增加基極電流，則飽和程度加深，但集電極電流基本上保持在ICS不再增加，集電極電壓VCE=VCC-ICSRC=VCES=2.0-0.3V。這個電壓稱為BJT的飽和壓降，它也基本上不隨iB增加而改變。由于VCES很小，集電極回路中的c、e極之間近似于短路，相當于開關閉合一樣。BJT的這種工作狀態稱為飽和。由于BJT飽和后管壓降均為0.3V，而發射結偏壓為0.7V，因此飽和后集電結為正向偏置，即BJT飽和時集電結和發射結均處于正向偏置，這是判斷BJT工作在飽和狀態的重要依據。下圖示出了NPN型BJT飽和時各電極電壓的典型數據。
圖3
因此我們可以得出結論，那就是在開關電路中三極管相當于一個由基極電流所控制的無觸點開關。三極管處于放大狀態還是開關狀態要看給三極管基極加的電流Ib(偏流)，隨這個電流變化，三極管工作狀態由截止-線性區-飽和狀態變化而變。BJT截止時相當于開關“斷開”，而飽和時相當于開關“閉合”。NPN型BJT截止、放大、飽和三種工作狀態的特點列于下表中。
圖4
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