三極管是電流控制型元件，三極管工作在放大狀態下存在Ic=βIb的關係，怎麼理解三極管的放大模型呢?希望通過下面的“圖解”讓初學者對三極管有一個形象的認識。
三極管是一個以b(基極)電流Ib 來驅動流過CE 的電流Ic 的器件，它的工作原理很像一個可控制的閥門。
圖1
左邊細管子裡藍色的小水流衝動槓桿使大水管的閥門開大，就可允許較大紅色的水流通過這個閥門。當藍色水流越大，也就使大管中紅色的水流更大。如果放大倍數是100，那麼當藍色小水流為1 千克/小時，那麼就允許大管子流過100千克/小時的水。三極管的原理也跟這個一樣，放大倍數為100 時，當Ib(基極電流)為1mA 時，就允許100mA 的電流通過Ice。
有了這個形象的解釋之後，我們再來看一個單片機裡常用的電路。
圖2
分析一下這個電路，如果它的放大倍數是100，基極電壓不計。基極電流就是10V&pide;10K=1mA，集電極電流就應該是100mA。根據歐姆定律，這樣Rc上的電壓就是0.1A×50Ω=5V。那麼剩下的5V 就吃在了三極管的C、E 極上了。好!現在我們假如讓Rb 為1K，那麼基極電流就是10V&pide;1K=10mA，這樣按照放大倍數100 算，Ic 就是不是就為1000mA 也就是1A 了呢?假如真的為1安，那麼Rc 上的電壓為1A×50Ω=50V。啊?50V!都超過電源電壓了，三極管都成發電機了嗎?其實不是這樣的。見下圖：
圖3
用水管內流水來比喻電流，當這個控制電流為10mA 時使主水管上的閥開大到能流過1A 的電流，但是不是就能有1A 的電流流過呢?不是的，因為上面還有個電阻，它就相當於是個固定開度的閥門，它串在這個主水管的上面，當下面那個可控制的閥開度到大於上面那個固定電阻的開度時，水流就不會再增大而是等於通過上面那個固定閥開度的水流了，因此，下面的三極管再開大開度也沒有用了。因此我們可以計算出那個固定電阻的最大電流10V&pide;50Ω=0.2A也就是200mA。就是說在電路中三極管基極電流增大集電極的電流也增大，當基極電流Ib 增大到2mA 時，集電極電流就增大到了200mA。當基極電流再增大時，集電極電流已不會再增大，就在200mA 不動了。此時上面那個電阻也就是起限流作用了。
上面講的三極管是工作在放大狀態，要想作為開關器件來應用呢?毫無疑問三極管必須進入飽和導通和截止狀態。圖4所示的電路中，我們從Q 的基極注入電流IB，那麼將會有電流流入集電極，大小關係為：IC=βIB 。而至於BJT 發射結電壓VBE，我們說這個並不重要，因為只要IB 存在且為正值時，這個結電壓便一定存在並且基本恆定(約0.5～1.2V，一般的管子取0.7V 左右)，也就是我們所講的發射結正偏。既然UBE 是固定的，那麼，如果BJT 基極驅動信號為電壓信號時，就必須在基極串聯一個限流電阻，如圖4。此時，基極電流為IB=(Ui-UBE)/RB。一般情況省略RB 是不允許的，因為這樣的話IB 將會變得很大，造成前級電路或者是BJT 的損壞。
圖4
接下來進入我們最關心的問題：RB 如何選取。前面說到過IC=βIB，為了使晶體管進入飽和，我們必須增加IB，從而使IC 增大，RC 上的壓降隨之增大，直到RC 上幾乎承受了所有的電源電壓。此時，UCE 變得很小，約0.2～0.3V(對於大功率BJT，這個值可能達到2～3V)，也就是我們所說的飽和壓降UCE(sat)。如果達到飽和時，我們忽略UCE(sat)，那麼就有ICRL=βIBRL=Vcc。也就是隻要保證IB≥IC/β或IB≥Vcc/(βRL)時，晶體管就能進入飽和狀態。我們看這樣一組數據：Vcc=5V，β=200，RL=100Ω。那麼要求IB≥5/(200×100)A=0.25mA。如果Ui=5V，那麼取RB≤(Ui-UBE)/IB≈(5-0.7)/0.25kΩ=17.2kΩ就能滿足要求了。但是，實際上，對於這種情況，如果取一個10kΩ以上的電阻都可能導致BJT 無法進入飽和狀態。這是為什麼呢?
因為我們的器件不是理想的，我們在來看下面一個圖。
這是我們常用的一款小信號BJT，型號為MMBT3904 的直流電壓增益曲線。從圖中可以看出，BJT 的共射極直流電壓增益hFE(也就是通常意義下的β)不僅是溫度的函數，而且與集電極電流有關。在一定的集電極電流範圍內，hFE 基本為常數;當集電極電流大於一定值時，hFE 將急劇下降。產生這一現象的機理我們在這裡就不討論了。我們在使用BJT 作為開關時，大多數情況下用於驅動外部負載，如LED、繼電器等，這些負載的電流一般較大，此時hFE 已經下降到遠小於我們計算時使用的那個值。如前面的例子，如果這個BJT 為MMBT3904，集電極電流達到近50mA，此時的β(或hFE)已經下降到只要100 左右了，計算基極電阻時使用的β也應該取100 而不是200。
而實際應用中，IB 並不是越大越好，因為IB 對外電路來說是沒有實質作用的，它僅僅是維持BJT 可靠導通的必要條件。IB 越大，驅動部分的損耗也就越大，從而降低了電路的效率。而且IB越大還會影響三極管的開關速率，這個我們後面再深究。
電子元件基礎之三極管靜態工作點
我們都知道，三極管的工作狀態有三個，截止區，放大區，飽和區。那麼三極管工作在什麼工作狀態是由什麼決定的呢?是由基極電流(Ib)來決定的,和其他因素完全沒有關係。
如果Ib = 0，則三極管工作在截止區。
如果0 < Ib ×β
如果 飽和電流 雖然說三極管的工作狀態是由基極電流決定的，但是能夠影響基極電流的因素就有幾個，其中最重要的就是靜態工作點。 在放大電路中，當有信號輸入時，交流量與直流量共存。那什麼是三極管的靜態工作點呢?三極管靜態工作點就是輸入信號為零時，電路處於直流工作狀態，這些電流、電壓的數值可用BJT 特性曲線上一個確定的點表示，該點習慣上稱為靜態工作點Q。用我們的大俗話就是三極管處於靜態工作狀態的時候的基極電流。就是當沒有交流信號輸入到基極的時候，三極管的基極電流。
靜態工作點是怎樣影響三極管的呢? 靜態工作點直接就會影響三極管的基極電流, 從而影響三極管工作在什麼區域。 如果靜態工作點靠近飽和區, 那麼就很有可能部分的交流信號進入飽和區,沒有進行放大, 造成飽和失真。 如果靜態工作點靠近截止區, 那麼也很有可能有部分的交流信號進入截止區, 造成截止失真。
那什麼因素會影響靜態工作點呢? 影響靜態工作點的因素有很多, 最突出的兩個就是偏置電阻和溫度。 如果偏置電阻過大, 那麼造成基極電流較小, 靜態工作點比較靠近截止區. 如果偏置電阻過小,那麼造成基極電流較大, 靜態工作點比較靠近飽和區。 所以偏置電阻的選擇很重要, 另外的一個重要因素是溫度. 大家都知道, 溫度的升高會造成半導體器件的導電性能增強, 對於三極管來講, 就是放大倍數的增加。 所以也就產生了,很多種的抑制靜態工作點漂移的電路了。
"閱讀更多 哥專修電器 的文章
