十分钟教会你判断三极管的三个状态

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三极管有三个极：基极（B）、集电极（C）、发射极（E），内部是由两个“PN结”构成，其中基极与发射极之间是“发射结”，基极与集电极之间是“集电结”，可以理解为“两个二极管背对背”。

三极管的核心功能是用基极的小电流（Ib）控制集电极的大电流（Ic），即“以小控大”，基于这一特点可以用来搭建恒流源，恒压源，开关控制（弱电控制强电）等电路。

#三极管#

三极管

仿真电路模拟

PART 01

截止状态-完全关闭的水龙头

当基极没有足够的正向电压，发射区的电子（NPN型的载流子）无法越过发射结进入基区，集电区更收不到电子，就像给水龙头施加的力不足，那阀门就不会开启，也就没有水流通过（仅有部分漏电流通过）。集电极和发射极之间相当于“断开的开关”，此时若测量CE间的电压，就会接近电源电压（如下图电源为5V，CE间的电压就约5V，因为没有电流流过限流电阻，此时电压就全加在三极管上了）。

PART 02

放大状态-精准调节的水龙头

处于放大状态的三极管此时满足：Ic = β*Ib（β是电流放大倍数，比如β=100，Ib=0.1mA时，Ic=10mA），这就是“放大”的数学本质——基极小电流控制集电极大电流。此时CE之间电压会随Ib变化（比如电源5V，当Ic增大，限流电阻上的电压增大，CE间的电压就会减小）。

PART 03

饱和状态-全开的水龙头

若Ib继续增大，即发射区持续地注入电子，但是集电区已经达到饱和状态，“吃不进去”电子了，Ic已经达到最大值（Ic饱和 = 电源电压 / 限流电阻，此时就和Ib无关了），即Ic<β*Ib。此时CE之间电压降到很低，相当于“闭合的开关”（电阻很小）。如下图电源5V，限流电阻1kΩ，Ic饱和=5V/1kΩ=5mA，此时Ic已经受制于电源电压和限流电阻，无法再变大了。

如何判断三极管的状态？

我们可以通过两点去判断，一是CE之间的压差，当处于饱和状态时压差很小，适用于电路中有明显特征的，能很简单看出来；二是通过Ic和Ib电流之间的关系来判断,适用于有具体参数的情况。

方法1：看Vce的压差，因为我们知道三极管饱和的时候压差是极低的，那具体有多低呢，因为不同型号三极管饱和压降会因功率、型号不同有差异，我们可以通过查看数据手册中Ic和Vce（sat）（饱和压降）的关系，再来判断三极管是否处于饱和状态，如下图，若已知Ic不为0，且Vce极低（小于0.2V）即为饱和，反之则可能是放大。

接下来带大家实操练习一下，采用判断电流关系的方法，这是下面电路图中三极管数据手册的部分内容，我们可以得出Ic=100mA，Vce=1V时，β在120-350之间，为了留有余量，我们按照β=120来计算。

常见问题答疑

1. 为什么集电结反偏还会有电流通过呢？

放大状态下的Ic并非源于集电结的正向导通，而是发射结注入的载流子在基区扩散后，被反偏的集电结高效收集的结果。

当发射结正偏时，发射区的扩散到基区，并与基区的空穴相结合，从而形成Ib，但是由于三极管的基区很薄，集电区的面积很大，大部分电子没来得及和基区的空穴复合，就被反偏的集电结给拽到集电区去了，从而形成集电极电流Ic。

1. 
2. β是固定值？

很多人在设计电路时不考虑温度，认为β值等参数是固定的。

实际上温度升高时，三极管的反向饱和电流会增大，β值也会上升，可能导致电路工作点偏移，甚至出现失真或过热损坏。例如，功率放大电路若未加温度补偿，容易因温度升高引发“热失控”。而且，通过查询数据手册你会发现，β的取值本身就是一个范围。

3.为什么在作电子开关的时候，是三极管的截止状态和饱和状态？

三极管处于截止状态时，集电极与发射极间几乎无电流（类似开路），对应开关“断开”；

处于饱和状态时，三极管的集电极与发射极之间电压（Vce）非常低（类似短路），此时流过的电流主要由外部电路（如电源、负载电阻）决定，不受基极电流控制。这种状态下，三极管的导通电阻极小，电能损耗低，相当于开关“闭合”，能高效地让电流通过。