三极管有几个工作状态？作为开关使用时，基极电阻该如何选取？

　　三极管有几个工作状态？作为开关使用时，基极电阻该如何选取？

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　　三极管作为开关控制使用时需要工作在截止和饱和导通状态。通过控制三极管的基极电流Ib可以让三极管工作在截止和饱和导通状态。

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　　三极管作为最常用的基本元器件之一，作为电子技术相关的人员一定要精通三极管的工作原理。三极管一共有三个工作状态：截止、放大和饱和。

　　三极管的模型及符号如下图所示，三极管分为NPN型和PNP型两种，其结构和使用方法有所不同。

　　▲三极管的结构及原理图符号

　　三极管有三个工作区间：截止区、放大区和饱和区，在特定的条件范围内，三极管工作于各个区间。

　　截止区：Vbe＜死区电压（硅材料三极管约0.6V，锗材料三极管约0.3V），此区间Ib=0,Ic=0。

　　

　　放大区：放大区间的特性，发射结正偏，集电结反偏，Vce＜Vbe,放大区间，Ic=βIb,Ie=Ic+Ib,三极管的放大倍数一般都几十倍以上，甚至上千倍、上万倍，所以一般可以认为Ie≈Ic。

　　饱和区：当基极电流增大时，发射极电流Ic不再增大，此时三极管已达到饱和状态，饱和状态的特性【发射结正偏，集电结正偏】。

　　以NPN三极管为例，三极管的控制原理就像流水控制，比如水龙头，基极B是三极管的控制端，控制集电极C往发射极E的电流量，类似于水龙头的开关，控制流水量，当水龙头完全关闭时，流水截止，当水龙头缓慢打开时，流水量慢慢变大，直到最大，也就是三极管完全达到饱和状态。

　　▲三极管电流控制原理示意图

　　三极管当开关使用时，一般使三极管工作在饱和状态，使三极管完全开启，可正常工作的电流达到最大。

　　

　　基极电阻的计算方法（以NPN三极管为例）：

　　基极电阻R1=(Uin-0.6)/Ib，其中Uin为基极输入电压即驱动电压，Ib为三极管的基极电流，0.6为基极-发射极的压降，硅三极管一般为0.6V左右，锗三极管一般为0.3V左右。

　　根据三极管的公式Ic=βIb，其中Ic为集电极电流，β为三极管的放大倍数。

　　所以：R1=(Uin-0.6)/Ib=(Uin-0.6)/(Ic/β)=(Uin-0.6)*β/Ic

　　▲三极管当开关控制LED灯的原理

　　假设上图中NPN 的三极管最大集电极电流为500mA,β系数为50（放大倍数），输入电压为5V，则基极电阻R1=（5-0.6）*50/0.5=440（Ω）。

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　　三极管是常用的电子元器件，是流控型的。既可以用在小信号放大电路中起到放大作用，又可以用作电子开关控制电路的通断。三极管具有三个电极，分别为基极b、发射极e、集电极c。

　　三极管具有三个工作状态或者三个工作区，分别为截止区、线性放大区和饱和区。三个状态的含义如下：

　　截止区：三极管的发射结电压小于PN结的导通电压，基极没有电流，这时集电极和发射极的电流都为0，ce之间处于断开状态。

　　放大区：三极管的发射结正偏、集电结反偏，集电极电流和基极电流满足一定的线性关系，集电极电流约为基极电流的β倍。

　　饱和区：当集电极的电流不再随着基极电流的增大而增大的时候，三极管失去放大作用，ce之间的电压非常小，近似于导通状态。

　　三极管用作电子开关时，需要工作在截止区和饱和区，基极上需要加一个限流电阻用来保护三极管。基极的电流与集电极的电流，也就是负载电流相关。以三极管驱动继电器为例，如下图所示。

　　假设继电器正常工作所需的工作电流位120mA，即集电极电流为120mA，β为80，则流过基极的电流为IB=IC/β=120/80=1.5mA，三极管在正常工作时基极和发射极之间的压降为0.7V，假设基极控制信号的幅值为5V，则基极限流电阻的值R=(5-0.7)/1.5=2.87K。一般β是一个范围，为了使三极管完全饱和，需要让基极电流稍大一点，即基极电阻再小一点。如取值2.2K。

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　　三极管在电子电路中起着很重要的作用，一般在电路中三极管有三种工作状态：也就是我们平常说的截止状态、放大状态、和饱和状态。这三种状态用在电路中不同的场合起着不同的作用。一般来说在模拟电路中三极管主要工作在放大状态；在数字电路中三极管主要工作在饱和状态和截止状态。下面简要谈谈这三个工作状态的情况。

　　发射结正偏，集电结反偏。

　　三极管放大处于放大的特点是通过电流控制实现放大作用，它的工作区域处于上图部分的平坦区域且近似于恒流的特点。这时三极管是线性的，信号不会出现线性失真。比如在线性状态下，给三极管输入一个正弦信号，三极管输出的也是正弦信号，且输出信号的幅度比输入信号要大，但其相位会发生180度变化。

　　发射结正偏，集电结正偏。

　　三极管工作在饱和状态时，三极管电流放大倍数会降低很多，三极管失去了放大能力。在饱和状态下，三极管Uce 很小，如同工作在短接状态。这时要有输出的话，就会出现饱和失真。一般在开关电路中三极管处于这种状态。

　　发射结反偏，集电结反偏。

　　当三极管的基极电流IB减小到一定程度时，其电流IC约等于0，如同三极管工作在断开状态一样，这时如果有输入信号，那么三极管就会出现截止失真。一般在开关电路中三极管处于这种状态。

　　在开关电路中，三极管要在截止状态和开关状态两者之间迅速转换，那么需要选择合适的基极电阻。比如在数字电路中常用的一个反相器电路图，为了保证输入低电平时，三极管能可靠地截止，除了有基极电阻R1外，还要加一个下拉电阻R2以及负电源VEE，如果输入高电平，CE极流过的电流为40mA的话，那流过B极的电流大约为200uA，也就是（5V-0.7V）V/0.0002A≈20K。这是理论计算值。为了稳定可靠工作我们常用8.2K、5.1K、4K等这些经常用到的电阻值。

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