再谈晶体管的饱和状态和饱和压降

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1、窗体底端窗体底端个人档案呢称：香雪茶文章(7)访问(13364)评论(77)投票(138)订阅本博介绍：在整个电子产业链中，除了材料、封装没搞过，其它基本都做过。如此也就是能混碗饭吃而已。现在科技发展日新月异，跟不上了，开个博客，重新学习。全部博文：2011年-2月1月查看全部博文博客首页再谈晶体管的饱和状态和饱和压降发布时间：2011-02-1512:00:43在前面所写的《晶体管参数在实际使用中的意义》中，提到了晶体管的饱和压降问题，有网友对此问题提出了不同意见。当时，没太在意。过后对此问题又重新思考一下，同时，在网上看看对问题的看法，结果发现，许多的理解是错误的，一些

2、解释也是不完全的。因此，想对此问题重点说说。如有不同意见，欢迎讨论。众所周知，一个普通的双极型晶体管有二个PN结、三种工作状态（截止、饱和、放大）和四种运用接法（共基、共发、共集和倒置）。对这两个PN结所施加不同的电位，就会使晶体管工作于不同的状态：两个PN结都反偏——晶体管截止；两个PN结都导通——晶体管饱和：一个PN结正偏，一个PN结反偏——晶体管放大电路（注意：如果晶体管的发射结反偏、集电结正偏，就是晶体管的倒置放大应用）。要理解晶体管的饱和，就必须先要理解晶体管的放大原理。从晶体管电路方面来理解放大原理，比较简单：晶体管的放大能力，就是晶体管的基极电流对集电极电流的

3、控制能力强弱。控制能力强，则放大大。但如果要从晶体管内部的电子、空穴在PN结内电场的作用下，电子、空穴是如何运动的、晶体管的内电场对电子、空穴是如何控制的等一些物理过程来看，就比较复杂了。对这个问题，许多教课书上有不同的描述。我对此问题的理解是：当晶体管处于放大状态时，基极得到从外电源注入的电子流，部分会与基区中的空穴复合，此时产生的复合电流，构成了基极电流的主体。由于此时晶体管是处于放大状态，故集电结处于反偏。又因集电结的反偏，就在此PN结的内部，就形成了一个强电场，电场的方向由集电极指向基极，即集电极为正，基极为负。也就是说，在此PN结（集电结）联接集电极的一端，集中了

4、大量带正电的空穴。当从基极注入的电子流进入基区后，一部分与基区内部的空穴进行了复合，而大部分电子则在强电场的作用下，被“拉”到了集电极，这种被电场“拉”到集电极的电子流，构成了集电极电流的主要组成部分。由于从基极注入的电子流，只有很少一部分在基区被复合，大部分电子是在集电结的强电场的作用下，集中到了集电极，构成了集电极电流的主体，所以，此时的集电极电流要远大于从基极注入的电流，这就是晶体管放大功能的物理模型。此时，是以NPN型晶体管进行举例。如果是PNP型晶体管，则只要把晶体管的极性由正换成负就行。如果要从基极电流、集电极电流、发射极电流的组成、流动，PN结的能级等等方面来

5、讲清晶体管的放大机理，就更复杂了。这在许多专业的教课书都有解释。现在的问题是：如果增大晶体管基极的电流注入，晶体管还能工作在放大区吗？如果不能，则晶体管会从放大状态，向什么状态过渡？另外，基极电流的注入，能不能无限增加？也就是说，晶体管对基极电流有限制吗？限制的条件是什么？这就要从晶体管的放大状态，进入另一个状态的——饱和状态的讨论。在下面的讨论中，以共发射极电路进行。其它形式的放大电路，都可以用这种方法进行。众所周知，从晶体管的发射极、基极和集电极电位的关系中，可以非常方便地对晶体管的工作状态作出判断。对处于共发射极放大的NPN型晶体管而言，集电极电位>基极电位>发射极电

6、位时，晶体管工作于放大状态。随着基极注入电流的增大，流出该管的集电极电流也就增大。此时流过负载电阻Rc的电流同时增加。此时，因晶体管工作于放大状态，故晶体管的集电极电流可用由下式表示：Ic=Iceo+β*ib当忽略晶体管的反向漏电流Iceo时，Ic≈β*ib可见，随着基极电流的增加，集电极电流以基极电流的β倍同步增加。此时，串于集电极回路的电阻Rc上的压降，也就随着Ic增大而增大。因晶体管的集电极电位Vce=电源电压减去集电极Rc上的压降，即Vce=Vc—Ic*Rc；对于硅材料组成的双极型晶体管来讲，PN结的正向导通电压为0.7V，因此一般在工程中认为：当基极注入的电流，让

7、晶体管的Ic与Rc的积满足下列公式时（Vce-Ic*Rc）-Vb≦0V（注意：此时集电结近似零偏压，已不是原来的反偏状态了）式中：Vce为晶体管集电极——发射极间的电压，Vb为晶体管基极的电压。就认为此晶体管已开始进入饱和状态。但因这时晶体管的Ic仍能随着Ib的增大而增大，只是已不符合Ic=Iceo+β*ib而已。这就是在工程中常说的“晶体管处于临界饱和状态”，又称“临界工作状态”。此时如果继续加大基极的注入电流，晶体管的集电极电位将进一步降低，当出现晶体管的基极注入已不能使晶体管的Ic随之增大时（即（Vce-Ic