三极管的基本原理和实例说明

怎么设计三极管电路，使三极管的工作电流最大？三极管有三个工作区间：截止、放大和饱和，三极管达到饱和时工作电流是最大的，那么怎么设计使三极管工作在饱和区呢？

三极管的基本原理

为了让新手更了解三极管的用法，下面先简单介绍一下三极管的基本原理，三极管一共有三个引脚，也就是三极管的三个极：基极、集电极和发射极，三极管由两个PN结组成， 其组合不同而分为NPN和PNP两种类型，其构造及符号如下图所示。

三极管属于电流型控制元器件，也就是小电流控制大电流，其有三个工作区间：截止区、放大区和饱和区。截止区的条件（假设BE的压降为0.6V）：Ube＜0.6V（NPN），Ube＞-0.6V（PNP），此时Ib=0,EC之间的内阻很大（相当于开路）。

放大区：Ube≈0.6V，Ib有电流，满足Ic=βIb，Ie=(β+1)Ib，也就是说Ib越大则Ic就越大，β为三极管的放大倍数，此时发射结正偏，集电结反偏。

饱和区：当基极电流继续增大而集电极电流不再增大时（趋于稳定），此时三极管达到饱和，饱和时三极管的集电结正偏，发射结正偏。

实例说明

（1）NPN三极管控制原理，原理图如下所示。假设该三极管的β系数为50，最大Ic电流为500mA，BE的压降为0.6V（三极管选型时会有相应固定的参数）。

当基极输入电压Uin＜0.6V时，基极-发射极（BE）的PN结处于截止状态，Ib无电流，所以三极管截止，CE之间的内阻很大，Ic几乎为零，可认为是开路状态，LED指示灯不亮。

当Uin＞0.6V时，基极-发射极（BE）的PN结导通，PN结的压降为0.6V，此时基极有电流，根据欧姆定律：基极电流Ib=（Uin-0.6）/R1。若三极管处于放大区，满足公式Ic=βIb，已知三极管Ic最大电流为500mA，即饱和电流为500mA，由Ic=βIb，可得Ib=Ic/β，将Ic=500mA，β=50，代入可得Ib=Ic/β=10mA，也就是当基极电流Ib=10mA时，三极管处于饱和临界点状态。

由Ib=（Uin-0.6）/R1可知，改变输入电压和电阻R1的值可改变基极电流Ib，假如输入电压是固定值，可通过改变限流电阻R1的值使三极管工作在饱和区。比如，若输入电压为5V，怎么使三极管处于饱和区呢？Ib=（Uin-0.6）/R1得R1=（Uin-0.6）/Ib，先由三极管的最大Ic值和β系数推出三极管饱和时所需的控制电流Ib值（上文已求出三极管饱和时所需Ib=10mA），代入公式得R1=（5V-0.6V）/10mA=440Ω。也就是说R1＞440Ω时，三极管工作于放大区，当R1≤440Ω时，三极管处于饱和区，饱和区时，R1的值最好在临界值附近，不要太小否则基极电流过大而烧毁三极管。

▲NPN三极管控制原理

（2）PNP三极管控制原理，原理图如下所示。假设该三极管的β系数为50，最大Ic电流为-500mA，EB的压降为0.6V（三极管选型时会有相应固定的参数）。

当输入电压Uin＞4.4V时，基极无电流，三极管截止；

当输入电压Uin＜4.4V时，发射结正偏导通，基极有电流，控制限流电阻R2的大小可改变基极电流，从而使三极管工作于放大区或饱和区。

计算方法：R2=5V-0.6V-Uin/Ib，而Ic=βIb即Ib=Ic/β，所以R2=(5V-0.6V-Uin)β/Ic,若要求输入电压为0V时三极管处于饱和状态，则R2=(5V-0.6V-0)*50/500mA=440Ω。

审核编辑：汤梓红