三極管的基本特性、特征方程及工作狀態

晶體管分為三極管和場效應管兩種，這里我們先說三極管，場效應管的內容我之前發過不少，但是還不全，后面我會慢慢補上。

1、三極管的基本特性

三極管分為NPN型和PNP型兩種。這里我不會講它的物理結構這個微觀層面的東西，只講具體在電路中我們怎么應用，怎么理解，怎么在大腦中構建這個模型。

如下圖，三極管的三個引腳分別是基極(Base)，發射極(Emitter)，集電極(Collector)。

等效模型：BE直接就是一個二極管，CE直接等效為一個可調電阻，阻值可以從若干歐到無窮大(開路)。 (記住這個等效模型可以解決90%的問題，非常重要)

NPN型三極管等效模型

PNP型三極管等效模型

2、三極管的特征方程

ic = beta * ib，為什么叫特征方程呢? 所為特征就是本質的意思，一個三極管生產出來了，ic和ib就是這個關系，beta是個常數，是三極管自身的放大倍數，取決于生產工藝數值在幾十到幾百之間。理解三極管就要從這個beta開始。

對于NPN型三極管，ib從B→E，ic從C→E。

對于PNP型三極管，ib從E→B，ic從E→C。

三極管有三個工作狀態，飽和區，截止區和放大區，一個三極管固定了怎么會有三個工作狀態呢? 阻容感器件可沒這么多說法，很難理解，別忘了，等效模型中有一個量是變化的--可調電阻。就是根據這個可調電阻來劃分三極管的工作狀態。

3、三極管的工作狀態

三極管只能依靠改變CE直接的可調電阻R_ce來實現ic=beta * ib。

① 飽和區，如果R_ce降低到最小值，都實現不了ic=beta * ib，稱為“飽和”。 (此時，R_ce為最小值，CE近似短路，但不滿足ic=beta*ib)

② 截止區，如果R_ce增大到最大值，都實現不了ic=beta * ib，稱為“截止”。 (此時，R_ce為最大值，CE近似開路，但不滿足ic=beta*ib)

③ 放大區，如果在R_ce可調范圍內能夠ic=beta * ib，稱為“放大”。

舉個例子：

① VCC=10V，問三極管工作在哪個區?

左邊原理圖，右邊等效電路圖

答：由于有5V穩壓管存在，B為5V，減去二極管管壓降0.7V，得到E為4.3V，所以E極電流為1mA，假設工作在放大區ic=beta * ib，beta非常大，則E極電流幾乎由ic完全提供，這樣只要把可變電阻調整為5.7kohm就可以滿足ic=beta * ib這個條件。所以假設成立，該三極管工作在放大區。

② VCC=3V，問三極管工作在哪個區?

左邊是原理圖，右邊是等效電路圖

答：同樣由于有5V穩壓管存在，B為5V，減去二極管管壓降0.7V，得到E為4.3V，所以E極電流為1mA，假設工作在放大區ic=beta * ib，beta非常大，則E極電流幾乎由ic完全提供，但是此時VCC=3V，Vce=-1.3V，再怎么減小可變電阻的阻值都不能提供1mA的電流，也就實現不了ic=beta?*?ib，所以假設失敗，工作在飽和區。

4、數字電路與模擬電路

模擬電路中使用三極管時，基本上是工作在放大區，因為模擬電路中一個重要的功能就是線性放大。只有在放大區才有ic=beta * ib這一線性放大關系。

數字電路中使用三極管時，基本上是工作在飽和區和截止區。因為數字電路只有“0”和“1”兩種狀態，最重要的一個功能是非門，即從“0”變到“1”，或從“1”變到“0”，其他邏輯關系都是用這個非門電路衍生出來的。

當三極管工作在飽和區時，實現“1”變到“0”：

上面原理圖表面，當輸入Vin為10V高電平時，由于有5V穩壓管存在，B為5V，減去二極管管壓降0.7V，得到E為4.3V，所以E極電流為10mA，同樣先假設工作在放大區ic=beta*ib，由(10V-4.3V)/10kohm=0.57mA可得，就算可變電阻調節為0ohm，也無法從C極提供10mA的電流。所以假設失敗，三極管工作在飽和區。此時，Vout約為0.43V為低電平。從而實現從“1”到“0”。

當三極管工作在截止區時，實現“0”變到“1”：