晶體管的工作狀態(tài)判斷和工作條件

晶體管是模擬電路中基礎(chǔ)的器件，對于電子工程師來說，了解晶體管工作的條件和判斷晶體管的工作狀態(tài)都是非常基礎(chǔ)的，本文將帶大家一起學(xué)習(xí)或回顧一下。

一、晶體管工作的條件

1.集電極電阻Rc：

在共發(fā)射極電壓放大器中，為了取出晶體管輸出端的被放大信號電壓Use(動態(tài)信號)，需要在集電極串接一只電阻Rc。這樣一來，當(dāng)集電極電流Ic通過 時，在Re上產(chǎn)生一電壓降IcRc，輸出電壓由晶體管c-e之間取出，即Usc=Uce=Ec-IcRc，所以Use也和IcRc —樣隨輸入電壓Ui的發(fā)生而相應(yīng)地變化。

2.集電極電源Ec(或Vcc)：

Ec保證晶體管的集電結(jié)處于反向偏置，使管子工作在放大狀態(tài)，使弱信號變?yōu)閺?qiáng)信號。能量的來源是靠Ec的維持，而不是晶體管自身。

3.基極電源Eb：

為了使晶體管產(chǎn)生電流放大作用，除了保證集電結(jié)處于反向偏置外，還須使發(fā)射結(jié)處于正向偏置，Eb的作用就是向發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，并配合適當(dāng)?shù)幕?電阻Rb，以建立起一定的靜態(tài)基極電流Ib。當(dāng)Vbe很小時，Ib=O，只有當(dāng)Vbe超過某一值時(硅管約0.5V，鍺管約0.2V，稱為門檻電壓)，管 子開始導(dǎo)通，出現(xiàn)Ib。隨后，Ib將隨Vbe增大而增大，但是，Vbe和Ib的關(guān)系不是線性關(guān)系：當(dāng)Vbe大于0.7V后，Vbe再增加一點點，Ib就會 增加很多。晶體管充分導(dǎo)通的Vbe近似等于一常數(shù)(硅管約0.5V，鍺管約 0.5V)。

4.基極偏流電阻Rb：

在電源Eb的大小已經(jīng)確定的條件下，改變Rb的阻值就可以改變晶體管的靜態(tài)電流Ib，從而也改變了集電極靜態(tài)電流Ic和管壓降Vce，使放大器建立起合適的直流工作狀態(tài)。

二、晶體管工作狀態(tài)的判斷

晶體三極管工作在放大區(qū)時，其發(fā)射結(jié)(b、e極之間)為正偏，集電結(jié)(b、c極之間)為反偏。對于小功率的NPN型硅，呈現(xiàn)為 Vbe≈0.7V，Vbc《0V(具體數(shù)值視電源電壓Ec與有關(guān)元件的數(shù)值而定)：對于NPN型鍺管，Vbe≈0.2V，Vbc《0V;對于 PNP型的晶體三極管，上述電壓值的符號相反，即小功率PNP型硅管Vbe≈-0.7V，Vbc》0V，對于小功率 PNP型鍺管，Vbe≈-0.2V，Vbc》0V。如果我們在檢測電路中發(fā)現(xiàn)晶體三極管極間電壓為上述數(shù)值，即可判斷該三極管工作在放大區(qū)，由該三 極管組成的這部分電路為放大電路。

另外，在由晶體管組成的振蕩電路中，其三極管也是工作在放大區(qū)，但由于三極管的輸出經(jīng)選頻諧振回路并同相反 饋到其b、C極之間，使電路起振，那么b、e極之間的電壓Ube，對于硅管來說就小于0.7V 了(一般為0.2V左右)。如果我們檢測出Vbe《0.7V，且用導(dǎo)線短接選頻諧振電路中的電感使電路停振時Vbe0.7V，則可判斷該電路為振蕩 電路。

2.工作在截止區(qū)的判斷：

三極管工作在截止區(qū)時，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均為反偏，而在實際的電路中，發(fā)射結(jié)也可以是零偏置。這樣 對于小功率NPN型三極管，呈現(xiàn)為Vbe≤0，Vbc《0V(具體數(shù)值主要決定于電源電壓Ec);對于小功率NPN型三極管，呈現(xiàn)為 Vbe≥OV，Vbc≥0V，此時的 Vce≈Ec，如果我們檢測出電路中晶體三極管間電壓為上述情況，則可判斷該三極管工作在截止區(qū)。

3.工作在飽和區(qū)的判斷：

三極管工作在飽和區(qū)時，其發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均為正偏。對于小功率NPN型硅管，呈現(xiàn)為Vbe多0.7V(略大于工作在放大區(qū)時的數(shù) 值)，Vbc》0V (不大于Vbe的值);對于小功率NPN型鍺管，類似地有Vbe≥0.2V(略大于工作在放大區(qū)時的值)，Vbc》OV (不大于Vbe的值)。對于PNP型的晶體管，上述電壓值的符號相反，即小功率的PNP型硅管，Vbe≥-0.7V，Vb《0V(不小于Vbe的 值;小功率PNP型鍺管，Vbe≤-2V，Vbc《0V(不小于Vbe的值)。一般情況下，此時的Vce≈0.3V(硅管)或 Vce≈0.1V(鍺管)，如果我們檢測出電路中的晶體三極管極間電壓符合上述情況，則可判斷該三極管工作在飽和區(qū)。

需要指出一點的是：在有 些電子電路中，如開關(guān)電路、數(shù)字電路等，三極管工作在截止區(qū)與飽和區(qū)之間相互轉(zhuǎn)換，如附圖所示。當(dāng)A點為0V時，EB通過R1、R2分壓使基極處于負(fù)電 壓，發(fā)射結(jié)反偏;同時集電結(jié)也是反偏的，那么三極管T截止;當(dāng)A點輸入為6V時，R1、R2分壓使三極管發(fā)射結(jié)正偏，產(chǎn)生足夠大的基極電流使三極管飽和導(dǎo) 通，輸出端L約為0.3V，此時集電結(jié)也為正偏。我們檢測電路是否正常時，可以分別使A端輸人0V與6V的電壓，并分別測量兩種情況下的三極管極間電壓， 看是否符合上述截止與飽和的情況，從而就可以判斷該電路工作是否正常。

三、小結(jié)

晶體三極管有三個工作區(qū)，即放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。電路設(shè)計時，可根據(jù)電路的要求，讓晶體管工作在不同的區(qū)域以組成放大電路、振蕩電路、開關(guān)電路等， 如果三極管因某種原因改變了原來的正常工作狀態(tài)，就會使電路工作失常;電子產(chǎn)品出現(xiàn)故障，這時就要對故障進(jìn)行分析，首要的工作就是按前述方法檢查三極管的 工作狀態(tài)。

對于晶體管具體的檢測工作，要注意兩點問 題：一是最好使用內(nèi)阻較大的數(shù)字萬用表進(jìn)行測量，以減少測量誤差，同時避免直接測量時因萬用表的內(nèi)阻小引起三極管工作狀態(tài)的改變;二是最好分別測量晶體三 極管各極對地的電壓，然后計算出Ube.Ubc或Uce的值，避免誘發(fā)電路故障的可能性。