三極體的放大區、飽和區、截止區如何理解和區分

　　三極管

　　三極體，全稱應為半導體三極體，也稱雙極型電晶體、晶體三極體，是一種控制電流的半導體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號， 也用作無觸點開關。晶體三極體，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極體是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。

　　三極體基本釋義

　　什麼是三極體（也稱電晶體）在中文含義裡面只是對三個引腳的放大器件的統稱，我們常說的三極體，可能是 如圖所示的幾種器件。

　　可以看到，雖然都叫三極體，其實在英文裡面的說法是千差萬別的，三極體這個詞彙其實也是中文特有的一個象形意義上的的詞彙。

　　電子三極體 Triode 這個是英漢字典裡面「三極體」這個詞彙的唯一英文翻譯，這是和電子三極體最早出現有關係的，所以先入為主，也是真正意義上的三極體這個詞最初所指的物品。其餘的那些被中文裡叫做三極體的東西，實際翻譯的時候是絕對不可以翻譯成Triode的，否則就麻煩大咯，嚴謹地說，在英文裡面根本就沒有三個腳的管子這樣一個詞彙！

　　電子三極體 Triode （俗稱電子管的一種）

　　雙極型電晶體 BJT （Bipolar Junction Transistor）

　　J型場效應管 Junction gate FET（Field Effect Transistor）

　　金屬氧化物半導體場效應電晶體 MOS FET （ Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor）英文全稱

　　V型槽場效應管 VMOS （Vertical Metal Oxide Semiconductor ）

　　註：這三者看上去都是場效應管，其實金屬氧化物半導體場效應電晶體 、V型槽溝道場效應管 是 單極（Unipolar）結構的，是和 雙極（Bipolar）是對應的，所以也可以統稱為單極電晶體（Unipolar Junction Transistor）

　　其中J型場效應管是非絕緣型場效應管，MOS FET 和VMOS都是絕緣型的場效應管

　　VMOS是在 MOS的基礎上改進的一種大電流，高放大倍數（跨道）新型功率電晶體，區別就是使用了V型槽，使MOS管的放大係數和工作電流大幅提升，但是同時也大幅增加了MOS的輸入電容，是MOS管的一種大功率改進型產品，但是結構上已經與傳統的MOS發生了巨大的差異。VMOS只有增強型的而沒有MOS所特有的耗盡型的MOS管

　　三極體的三種狀態

　　三極體的三種狀態也叫三個工作區域，即：截止區、放大區和飽和區。

　　（1）、截止區：三極體工作在截止狀態，當發射結電壓Ube小於0.6—0.7V的導通電壓，發射結沒有導通集電結處於反向偏置，沒有放大作用。

　　（2）、放大區：三極體的發射極加正向電壓，集電極加反向電壓導通後，Ib控制Ic，Ic與Ib近似於線性關係，在基極加上一個小信號電流，引起集電極大的信號電流輸出。

　　（3）、飽和區：當三極體的集電結電流IC增大到一定程度時，再增大Ib，Ic也不會增大，超出了放大區，進入了飽和區。飽和時，Ic最大，集電極和發射之間的內阻最小，電壓Uce只有0.1V~0.3V，Uce《Ube，發射結和集電結均處於正向電壓。三極體沒有放大作用，集電極和發射極相當於短路，常 與截止配合於開關電路。

　　很多初學者都會認為三極體是兩個 PN 結的簡單湊合，如下圖：

　　

　　這種想法是錯誤的，兩個二極體的組合不能形成一個三極體，我們以 NPN 型三極體為例，如下圖：

　　

　　兩個 PN 結共用了一個 P 區（也稱基區），基區做得極薄，只有幾微米到幾十微米，正是靠著它把兩個 PN 結有機地結合成一個不可分割的整體，它們之間存在著相互聯繫和相互影響，使三極體完全不同於兩個單獨的 PN 結的特性。三極體在外加電壓的作用下，形成基極電流、集電極電流和發射極電流，成為電流放大器件。

　　三極體的電流放大作用與其物理結構有關，三極體內部進行的物理過程是十分複雜的，初學者暫時不必去深入探討。從應用的角度來講，可以把三極體看作是一個電流分配器。一個三極體製成後，它的三個電流之間的比例關係就大體上確定了，如下圖所示：

　　

　　β 和 α 稱為三極體的電流分配係數，其中 β 值大家比較熟悉，都管它叫電流放大係數。三個電流中，有一個電流發生變化，另外兩個電流也會隨著按比例地變化。例如，基極電流的變化量 ΔI b ＝ 10 μA ， β ＝ 50 ，根據 ΔI c ＝ βΔI b 的關係式，集電極電流的變化量 ΔI c ＝ 50×10 ＝ 500μA ，實現了電流放大。

　　三極體自身並不能把小電流變成大電流，它僅僅起著一種控制作用，控制著電路裡的電源，按確定的比例向三極體提供 I b 、 I c 和 I e 這三個電流。為了容易理解，我們還是用水流比喻電流，如下圖所示：

　　

　　這是粗、細兩根水管，粗的管子內裝有閘門，這個閘門是由細的管子中的水量控制著它的開啟程度。如果細管子中沒有水流，粗管子中的閘門就會關閉。注入細管子中的水量越大，閘門就開得越大，相應地流過粗管子的水就越多，這就體現出「以小控制大，以弱控制強」的道理。由圖可見，細管子的水與粗管子的水在下端匯合在一根管子中。

　　三極體的基極 b 、集電極 c 和發射極 e 就對應著圖中的細管、粗管和粗細交匯的管子。如下圖所示：

　　

　　若給三極體外加一定的電壓，就會產生電流 I b 、 I c 和 I e 。調節電位器 RP 改變基極電流 I b ， I c 也隨之變化。由於 I c ＝ βI b ，所以很小的 I b 控制著比它大 β 倍的 I c 。 I c 不是由三極體產生的，是由電源 V CC 在 I b 的控制下提供的，所以說三極體起著能量轉換作用。

　　教材書上都說：

　　發射極正偏集電極反偏，三極體處於放大狀態；

　　發射極正偏集電極正偏工作在飽和區；

　　發射極反偏集電極反偏工作在截止區；

　　發射極反偏集電極正偏工作在反向放大狀態。

　　按老師的方法是：先假設是在飽和區，在計算C E兩端的電壓，以0.3伏作為飽和區放大區的判斷標準（小於則為飽和模式，大於則為放大模式）；當c e間電壓為無窮大時即為截止區！

　　三極體的三種狀態

　　三極體的三種狀態也叫三個工作區域，即：截止區、放大區和飽和區。

　　主要是根據兩個pn結的偏置條件來決定：

　　發射結正偏，集電結反偏——放大狀態；

　　發射結正偏，集電結也正偏——飽和狀態；

　　發射結反偏，集電結也反偏——截止狀態。

　　這些狀態之間的轉換，可以通過輸入電壓或者相應的輸入電流來控制，例如：在放大狀態時，隨著輸入電流的增大，當輸出電流在負載電阻上的壓降等於電源電壓時，則電源電壓就完全降落在負載電阻上，於是集電結就變成為0偏壓，並進而變為正偏壓——即由放大狀態轉變為飽和狀態。當輸入電壓反偏時，則發射結和集電結都成為了反偏，沒有電流通過，即為截止狀態。

　　正偏與反偏的區別：對於NPN電晶體，當發射極接電源正極、基極接負極時，則發射結是正偏，反之為反偏；當集電極接電源負極、基極（或發射極）接正極時，則集電結反偏，反之為正偏。總之，當p型半導體一邊接正極、n型半導體一邊接負極時，則為正偏，反之為反偏。

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