Part 01

前言

對于硬件設計而言，三極管是無法繞過的一個器件，能放大信號，又能開關負載，無論是數字電路還是模擬電路，都有它的身影。但是三極管工作的工作機制你真的理解嗎？

當你打開模電課本，如果去找關于三極管工作機制的解釋，大概就會看到下面的內容：晶體管由PN結組成，當電流施加到基極時，電流在集電極和發射極之間流動。比如NPN晶體管，當在NPN晶體管的基極和發射極之間施加正向電壓 (VBE ) 時，發射極中的電子就會流入基極，其中一些與空穴結合，從而產生極小的基極電流。由于基極結構較薄，許多從發射極流入基極的電子會逃逸到集電極。集電極-發射極電壓感應電子向集電極移動，最終就產生集電極電流IC。

許多人一看這又是電子又是空穴的就會頭大，以NPN三極管為例，我們可以將晶體管的功能與水龍頭進行比較。三極管的基極是水龍頭閥門，發射極是水龍頭出水口，集電極是水龍頭進水口。通過擰水龍頭閥門來控制出水量。

Part 02

截止區、放大區、飽和區

截止區

當發射極和集電極結反向偏置時，三極管將處于截止狀態。這相當于水龍頭閥門關了，水無法流出。在這種情況下，基極，發射極，飽和極的電流幾乎為0。

放大區

當發射結正向偏置、集電極結反向偏置時，三極管工作在放大區。這時晶體管就相當于一個受閥門控制的水龍頭。流出多少水由閥門控制。如果閥門調大，就會流更多的水。在這種情況下，基極電流越大，集電極電流也越大。并且Ic和Ib之間存在一定的比例關系，Ic=β*Ib，其中β為直流電流放大系數。

飽和區

當發射結正向偏置、集電極結正向偏置時，三極管工作在飽和區。此時，集電極電流Ic的大小不再受基極電流Ib控制，并且Ic不再與Ib成比例。當飽和狀態的Ib變大時，Ic不會增加，相當于水龍頭的閥門打開得比較大，當繼續擰大開關時，流出的水也不會再增加。

所以三極管集電極串聯的電阻就像水管的粗細一樣，已經決定了最多能流過多少水，也就是三極管的集電極的電流最大有多大，所以當β*Ib>Ic時，此時意味著閥門擰的再大，水流也不會增多了，也就是三極管已經飽和了。

所以我們在判定三極管電路是否飽和時，就是先假定電路是飽和的，然后計算集電極電流Ic，以及基極電流Ib，如果β*Ib>Ic成立，則三極管確實是工作在飽和區，如果不成立，則假定不成立，三極管工作在放大區。