三极管共有3种工作状态:截止状态、放大状态和饱和状态。用于不同目的三极管其工作状态是不同的。
三极管3种工作状态电流特征
表1-7所示是三极管3种工作状态定义和电流特征。
表1-7 三极管3种工作状态定义和电流特征
三极管截止工作状态
用来放大信号的三极管不应工作在截止状态。倘若输入信号部分地进入了三极管特性的截止区,则输出会产生非线性失真。
所谓非线性可以这样理解,给三极管输入一个标准的正弦信号,从三极管输出的信号已不是一个标准的正弦信号,输出信号与输入信号不同就是失真。
图1-65所示是非线性失真信号波形示意图,产生这一失真的原因是三极管截止区的非线性。
如果三极管基极上输入信号的负半周进入三极管截止区,将引起削顶失真。注意,三极管基极上的负半周信号对应于三极管集电极的是正半周信号,所以三极管集电极输出信号的正半周被三极管的截止区去掉,如图1-66所示。
当三极管用于开关电路时,三极管的一个工作状态就是截止状态。注意,开关电路中的三极管不用来放大信号,所以不存在这样的削顶失真问题。
图1-65 非线性失真信号波形示意图
图1-66 三极管截止区造成的削顶失真
三极管放大工作状态
重要提示
当三极管用来放大信号时,三极管工作在放大状态,输入三极管的信号进入放大区,这时的三极管是线性的,信号不会出现非线性失真。
在放大状态下,IC=βIB中β的大小基本不变,有一个基极电流就有一个与之相对应的集电极电流。β值基本不变是放大区的一个特征。
在线性状态下,给三极管输入一个正弦信号,则输出的也是正弦信号,此时输出信号的幅度比输入信号要大,如图1-67所示。这说明三极管对输入信号已有了放大作用,但是正弦信号的特性未改变,所以没有非线性失真。
图1-67 信号放大示意图
重要提示
输出信号的幅度变大,这也是一种失真,称之为线性失真。在放大器中这种线性失真是需要的,没有这种线性失真放大器就没有放大能力。显然,线性失真和非线性失真不同。
要想使三极管进入放大区,无论是NPN型三极管还是PNP型三极管,必须给三极管各个电极一个合适的直流电压,归纳起来是两个条件:给三极管的集电结加反向偏置电压,给三极管的发射结加正向偏置电压。
三极管饱和工作状态
三极管在放大工作状态的基础上,如果基极电流进一步增大许多,三极管将进入饱和状态,这时的三极管电流放大倍数β要下降许多,饱和得越深β值越小,电流放大倍数β一直能小到小于1的程度,这时三极管没有放大能力。
在三极管处于饱和状态时,输入三极管的信号要进入饱和区,这也是一个非线性区。图1-68所示是三极管进入饱和区后造成的信号失真,它与截止区信号失真不同的是,加在三极管基极的信号的正半周进入饱和区,在集电极输出信号中是负半周被削掉,所以放大信号时三极管也不能进入饱和区。
在开关电路中,三极管的另一个工作状态是饱和状态。由于三极管开关电路不放大信号,所以也不会存在这样的失真。
图1-68 三极管进入饱和区后信号的失真
三极管开关电路中,三极管从截止状态迅速地通过放大状态而进入饱和状态,或是从饱和状态迅速地进入截止状态,不停留在放大状态。
三极管3种工作状态小结
三极管的3种工作状态中,三极管工作电流都有一定的范围,其中截止区的电流范围最小,放大区的范围最大,饱和区其次,当然通过外电路的调整也可以改变各工作区的电流范围。
三极管的3种工作状态中,放大倍数β 也不同,截止区、饱和区中的β 很小,放大区中的β 大且大小基本不变。
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