三极管的三个工作状态,截止,放大,饱和导通。

截止:当IB=0时,三极管关断,处于截止状态。
放大:通过三极管的电流受基极电流控制,可近似为IC=IB*β,(β 是三极管的放大倍数) 。
怎么判断三极管是不是处于放大状态?很简单,看IB变化时电路中的IC的电流是否跟随IB变化就知道了。但是我们不可能装一个万用表去测量看看通过IC的电流是否随IB变化?这里用 “反向推理” 更容易理解,电路里只有三极管 Q1 和负载 RL,先排除 “电流不由三极管决定” 的情况,剩下的就是放大状态。
如图所示,主回路的电路由三极管Q1和负载RL构成,因为三极管的阻抗可变(阻抗最大为无穷大(三极管断开),最小趋于0(三极管导通) ),所以电路中能流过的最大电流是VCC/RL ,如果电路中的电流等于这个值,说明此时三极管已经完全导通,不论基极的电流再如何增大,电路的电流也不会增大了,此时的电流由RL决定,大小约为VCC/RL 。
所以只要当电路中的IC的电流小于VCC/RL时,说明主回路的电流由三极管决定,此时的电流随基极的电流变化而变化,三极管处于放大状态。
饱和导通:
当电路中的电流等于VCC/RL时,三极管饱和导通,此时的基极电流为最小饱和电流(Ib1),此后,不管基极电流怎么增大,集电极的电流也不变,电路中的电流由RL决定,如下图所示,基极电流小于Ib1之前,集电极电流IC随着基极的变化而线性变化,当基极电流等于Ib1时,三极管恰好饱和导通。

所以要使三极管饱和导通,三极管的基极电流应大于等于Ib1,Ib1=VCC/RL/β,则 基极电流
Ib≥ VCC/RL/β,(1)
假设控制极的电压为u1,三极管的发射结(b和e之间的电压)为0.7V,

则基极电流为:Ib= (u1-0.7)/R1 (2)
结合(1)式和(2)式可求得关于R1的不等式如下:

这里做一下说明,R1虽然是小于等于,但R1并非越小越好,R1取值过小,会导致基极电流过大,导致三极管损坏。所以还需要对三极管的基极电流做限制。那三极管的基极电流是多少呢?查阅了几个规格书,发现好多三极管的规格书里面并没有关于基极电流的描述,所以按设计经验进行取值,一般小信号三极管(可以理解为不带散热片的三极管称为小信号三极管)的基极电流不超过5mA 。所以R1还需要大于
(u1-0.7)/5mA 时求得的电阻。
故R1的取值范围如下:使用这个不等式求出来的R1,能够保证在控制电压u1的驱动下,
u1=u1时,三极管处于导通状态;
u1=0时,三极管处于截止状态。

在实际电路设计时,若三极管只用于开关状态,这里给个实用的简化取值:β 直接取 20 就行。现在市面上三极管的实际放大倍数远大于 20,按 β=20 计算,得到的 IB 会远大于 “刚饱和时的基极电流”, 是兼顾了三极管功耗并能确保三极管可靠饱导通的宽限取值方法。β若取值过大,则部分三极管可能满足不了。
接下来举一个例子:

R1实际取10K,即可。这里不需要进一步降低R1,因为β取值时已经留了裕量了,所以取值接近计算值即可。