三极管饱和及深度饱和状态的理解和判断!

这是我当年教电子技术时的一点心得，谈到三极管，初学的人很难理解，为了讲通讲透彻，我给学生做了一个形象的比喻：三极管就是一个资本家(全课堂哄然)，比如一个生产手机的资本家，生产一部手机，原材料100元，售价400元，利润率400%，相对于三极管的放大倍数就是4，原来一天生产100部，利润好几万，资本家觉得这生意不错，想扩大利润，提高产能，改成一天生产200部，也就是三极管的输入电流增加了，这时资本家发现了，利润成倍上涨，好啊!随即改成一天生产300部，后来改成一天生产400部、500部……直到1000部，但是资本家很快发现，当产能超过800部时，利润就不再成比例上升了，而是缓慢上升，超过1000部，利润根本就不上升，维持原样，这是因为产量太大，市场饱和，售价下降等等，这时三极管就进入了饱和状态，输入电流再怎么增加，输出电流也不会增加。由于经济危机，产品销售不出去，资本家只好停产，每天一部也不生产，这时就相当于三极管进入截止状态，但是工厂总要维持，于是，就每天卖点原材料、废旧设备、废材料，或者组织工人打扫卫生，清理仓库和车间，卖点破烂，好歹每天能有点收益，这点收益就是三极管截止状态的漏电流。也就是说，输入端没有一点电流，输出端还是有些微电流的。从这个过程，我们可以发现，其实资本家只是放大了利润，原材料变成了成品，这中间要消耗大量的人力、脑力和电力。三极管与此类同，三极管电流放大其实放大的是三极管输入端的信号，输出的是放大之后的信号，中间要消耗大量的电能，这些电能必须是直流电，例如电池或者整流后的交流电。跟资本家维持工厂运转一样，人力、脑力和电力要基本维持稳定，不能天天乱变。当然对于功率放大三极管，道理基本一样，不过放大的是信号的电流和电压，当然，投入的人力、脑力和电力仍旧是必不可少的。三个级，基极是采购，集电极是加工车间，发射极是销售。

三极管饱和问题总结：

1.在实际工作中，常用Ib*β=V/R作为判断临界饱和的条件。根据Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使晶体管进入了初始饱和状态，实际上应该取该值的数倍以上，才能达到真正的饱和;倍数越大，饱和程度就越深。

2.集电极电阻 越大越容易饱和;

3.饱和区的现象就是：二个PN结均正偏，IC不受IB之控制

问题：基极电流达到多少时三极管饱和?

解答：这个值应该是不固定的，它和集电极负载、β值有关，估算是这样的：假定负载电阻是1K，VCC是5V，饱和时电阻通过电流最大也就是5mA，用除以该管子的β值(假定β=100)5/100=0.05mA=50μA，那么基极电流大于50μA就可以饱和。

对于9013、9012而言，饱和时Vce小于0.6V，Vbe小于1.2V。下面是9013的特性表：

问题：如何判断饱和?

判断饱和时应该求出基级最大饱和电流IBS，然后再根据实际的电路求出当前的基级电流，如果当前的基级电流大于基级最大饱和电流，则可判断电路此时处于饱和状态。

饱和的条件： 1.集电极和电源之间有电阻存在 且越大就越容易管子饱和;2.基集电流比较大以使集电极的电阻把集电极的电源拉得很低，从而出现b较c电压高的情况。

影响饱和的因素：1.集电极电阻 越大越容易饱和;2.管子的放大倍数 放大倍数越大越容易饱和;3.基集电流的大小;

饱和后的现象：1.基极的电压大于集电极的电压;2.集电极的电压为0.3左右，基极为0.7左右(假设e极接地)

谈论饱和不能不提负载电阻。假定晶体管集-射极电路的负载电阻(包括集电极与射极电路中的总电阻)为R，则集-射极电压Vce=VCC-Ib*hFE*R，随着Ib的增大，Vce减小，当Vce<0.6V时，B-C结即进入正偏，Ice已经很难继续增大，就可以认为已经进入饱和状态了。当然Ib如果继续增大，会使Vce再减小一些，例如降至0.3V甚至更低，就是深度饱和了。以上是对NPN型硅管而言。

另外一个应该注意的问题就是：在Ic增大的时候，hFE会减小，所以我们应该让三极管进入深度饱和Ib>>Ic(max)/hFE，Ic(max)是指在假定e、c极短路的情况下的Ic极限，当然这是以牺牲关断速度为代价的。

注意：饱和时Vb>Vc，但Vb>Vc不一定饱和。一般判断饱和的直接依据还是放大倍数，有的管子Vb>Vc时还能保持相当高的放大倍数。例如：有的管子将Ic/Ib<10定义为饱和，Ic/Ib<1应该属于深饱和了。

从晶体管特性曲线看饱和问题：我前面说过：谈论饱和不能不提负载电阻。现在再作详细一点的解释。

以某晶体管的输出特性曲线为例。由于原来的Vce仅画到2.0V为止，为了说明方便，我向右延伸到了4.0V。

如果电源电压为V，负载电阻为R，那么Vce与Ic受以下关系式的约束：Ic = (V-Vce)/R

在晶体管的输出特性曲线图上，上述关系式是一条斜线，斜率是 -1/R，X轴上的截距是电源电压V，Y轴上的截距是V/R(也就是前面NE5532第2帖说的“Ic(max)是指在假定e、c极短路的情况下的Ic极限”)。这条斜线称为“静态负载线”(以下简称负载线)。各个基极电流Ib值的曲线与负载线的交点就是该晶体管在不同基极电流下的工作点。见下图：

图中假定电源电压为4V，绿色的斜线是负载电阻为80欧姆的负载线，V/R=50MA，图中标出了Ib分别等于0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、1.0mA的工作点A、B、C、D、E、F。据此在右侧作出了Ic与Ib的关系曲线。根据这个曲线，就比较清楚地看出“饱和”的含义了。曲线的绿色段是线性放大区，Ic随Ib的增大几乎成线性地快速上升，可以看出β值约为200。兰色段开始变弯曲，斜率逐渐变小。红色段就几乎变成水平了，这就是“饱和”。实际上，饱和是一个渐变的过程，兰色段也可以认为是初始进入饱和的区段。在实际工作中，常用Ib*β=V/R作为判断临界饱和的条件。在图中就是假想绿色段继续向上延伸，与Ic=50MA的水平线相交，交点对应的Ib值就是临界饱和的Ib值。图中可见该值约为0.25mA。

由图可见，根据Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使晶体管进入了初始饱和状态，实际上应该取该值的数倍以上，才能达到真正的饱和;倍数越大，饱和程度就越深。

图中还画出了负载电阻为200欧姆时的负载线。可以看出，对应于Ib=0.1mA，负载电阻为80欧姆时，晶体管是处于线性放大区，而负载电阻200欧姆时，已经接近进入饱和区了。负载电阻由大到小变化，负载线以Vce=4.0为圆心呈扇状向上展开。负载电阻越小，进入饱和状态所需要的Ib值就越大，饱和状态下的C-E压降也越大。在负载电阻特别小的电路，例如高频谐振放大器，集电极负载是电感线圈，直流电阻接近0，负载线几乎成90度向上伸展(如图中的红色负载线)。这样的电路中，晶体管直到烧毁了也进入不了饱和状态。以上所说的“负载线”，都是指直流静态负载线;“饱和”都是指直流静态饱和。

用三极管需要考虑的问题：

1)耐压够不够

2)负载电流够不够大

3)速度够不够快(有时却是要慢速)

4)B极控制电流够不够

5)有时可能考虑功率问题

6)有时要考虑漏电流问题(能否“完全”截止)。

7)一般都不怎么考虑增益(我的应用还没有对此参数要求很高)

实际使用时，晶体管注意四个要素就行：-0.1~-0.3V振荡电路， 0.65-0.7V放大电路，0.8V以上为开关电路，β值中放、高放为30-40，低放60-80，开关100-120以上就行，不必研究其它的，研究它的共价键、电子、空穴没用

Vce=VCC(电源电压)-Vc(集电极电压)=VCC-Ic(集电极电流)Rc(集电极电阻)。

可以看出，这是一条斜率为-Rc的直线，称为“负载线”。当Ic=0时，Vce=Vcc。当Vce=0时(实际上正常工作时Vce不可能等于0，这是它的特性决定的)，Ic=Vcc/Rc。也就是说，Ic不可能大于这个数值。对应的基极电流Ib=Ic/β=Vcc/βRc，这就是饱和基极电流的计算公式。

饱和分临界饱和和过度饱和两种状态。当Ib=Vcc/βRc时，三极管基本处于临界饱和状态。

当基极电流大于此值的两倍，三极管就基本进入深度饱和状态。三极管深度饱和和临界饱和的Vce差很大。临界饱和压降大，但退出饱和容易;深度饱和压降小但不容易退出饱和。所以，不同用途选择的基极电流是不一样的。

还有，饱和压降和集电极电流有直接关系。集电极电阻越小，饱和集电极电流就越大，饱和压降越大。反之也相反(集电极电阻越大，饱和集电极电流就越小，饱和压降越小)。如果集电极电流5毫安时三极管饱和，9013、9012之类的饱和压降一般不超过0.6伏。基极电流超过两倍Vcc/βRc时，一般饱和压降就小到0.3V左右了。