三极管三态分析

作者： 邵金龙， 凡亿PCB微信公众号

三极管分为三个状态：截止、放大、饱和

1. 截止状态：三极管处于关断状态，Vce约等于电源电压

2. 放大状态：三极管处于电流放大状态，0V

3. 饱和状态：三极管处于完全导通状态，Vce≈0V

判断三极管工作在哪个状态的方法分为：

1. 电流判断法：

Ic_max> Ib*β 放大状态

Ic_max≤ Ib*β 饱和状态

Ic_max=Ib*β=0 截止状态

2. 电压判断法：

Uce>0.3V 放大状态

Uce=0.3V 饱和状态

Uce=Vcc 截止状态

图 一

1. 三极管放大电路（信号型三极管）

图 二

三极管放大电路最典型的特征就是：Ic max >β*Ib，也就是说无论Ib电流怎样变化，β*Ib始终没有超越Ic的最大值，此时的状态就是放大状态。

如图二所示是一个三极管放大电路，那么怎么确定三极管放大电路的实际参数呢？

首先明确一点三极管饱和导通时候Vbe=0.7V，Vce=0.3V,因为β会随着温度、湿度等发生变化，所以这里假设β=100，方便计算。

那么Ic max=(5V-Vce)/R1,先根据负载确定IC上需要的电流确定R1是多少，假设IC需要47mA那么Ic max=(5V-Vce)/R1=47mA,Vce最小时候Ic才能达到最大电流值即Ic max=(5V-0.3V)/R1=47mA,R1=100Ω，确定好Ic电流值以及R1阻值后，看一下Ib怎么计算，因为β=100，Ic=β*Ib，可以计算出Ib max=47mA/100=0.47mA,也就是说Ib<0.47mA时三极管是处于放大状态的。

确定一下R2的阻值，因为三极管导通时候Vbe=0.7V,而输入是一个3V的方波信号，Ib max=(3v-Vbe)/R2=0.47mA,得出R2=4.89K此时三极管处于临界饱和状态,我们选择一个常用的标称电阻10K，即R2=10K,实际Ib=(3v-Vbe)/R2=（3V-0.7V）/10K=0.23mA,且Ib*β< Ic max符合要求，至此三极管放大电路所有参数均已得到，实际设计中电阻选取需要远离临界饱和状态选值。

总结：三极管放大状态下IC会随着IB的增大而增大，减小而减小，即IC受控于IB。

2. 三极管饱和状态（信号型三极管）

图 三

三极管饱和电路最典型的特征就是：Ic max ≤ β*Ib，β*Ib超越Ic的最大值，那此时的状态就是饱和状态。

如图三所示是一个三极管饱和导通电路，那么怎么确定三极管饱和导通电路的实际参数呢？

已知三极管饱和导通时候Vce=0.3V,Vbe=0.7V,假设β=100, IC=5mA（IC具体值根据负载决定），由Ic max=(12V-Vce)/R4=5mA,得出R4=（12V-0.3V）/5mA=2340R,取一个有标称值接近计算值的电阻R4=2K，那么实际IC=5.85mA,则Ib=Ic/β=5.85mA/100=0.0585mA,以IB=0.0585mA可以计算出R5的理论阻值39.32K,在这个基础上三极管是处于临界饱和导通时刻，受到温度影响β值是会发生变化的也就是说当R5=39.32K时，三极管会受到外界影响一会饱和导通一会处于放大状态，而放大状态控制不好是会导致三极管损坏的，是我们不希望看到的。

如果Ib电流比0.0585mA大很多呢，那么三极管肯定处于饱和导通状态，假设Ib=10mA,无论温度怎么变化三极管肯定处于饱和导通状态，当然Ib取这么大必定有它的弊端，功耗过大，虽然满足了三极管饱和导通但是增加太多的功耗也是不可以的，经过多方设计验证得出，在Ib=1mA时候三极管处于饱和导通状态，适用于90%的三极管，经验设计不考虑特殊应用三极管，因为此时三极管同样遵循Ic=β*Ib,β=100情况下，Ic=100mA,实际设计三极管开关电路时，Ic电流都不是很大。

因此当Ib=1mA时取得R5=(3V-Vbe)/1mA=2300Ω，取标称值电阻R5=2K2,实际Ib=(3v-Vbe)/R5=（3V-0.7V）/2K2=1.05mA,且Ib*β≥ Ic max符合要求，至此三极管饱和导通电路所有参数均已得到。

总结：三极管饱和导通状态下Ic不在随着Ib的增大而增大，减小而减小，即Ic不在受控于Ib。

3. 开关管实际应用电路

图 四

图四 三极管下拉电阻的选取：阻值为2K，这个电阻的阻值是经过多次实际检验得出的，大家做设计的时候务必加上下拉电阻，不加时候三极管也能工作，但是加上后会保证三极管的状态更稳定。

为什么这么说呢，一般情况下三极管都是和单片机IO口相连做开关控制使用，假设此时单片机IO口出现高阻态，那么接入三极管IB的电平就是不确定的会导致三极管误导通，此时如果接有下拉电阻根据内阻分析法会给IB一个稳定的状态，不会导致三极管误触发，下拉电阻的作用：当无输入或者输入是高阻态时，通过下拉电阻将基极迅速拉低，确保三极管处于稳定的截止状态。

总结：三极管属于流控流型晶体管，探讨的是Ib*β与Ic之间的关系，在实际使用过程中一定要注意基级一定要给一个确定的状态非高即低。

审核编辑 黄宇