深入浅出理解三极管

原文来自原创书籍《硬件设计指南 从器件认知到手机基带设计》：

本小节介绍下三极管的特性，清晰易懂，使用通俗的水流模型加强对三极管的原理记忆，一定比课堂上讲的要形象的多，各位同学要学会类比的方法来加深记忆（比如在介绍相对论中引力扭曲时空的概念时，国外科学家们就用生活中的漩涡，或者在弹性膜中间的重球，来类比星体引力对时空的影响，这样会大大简化我们学习、理解和记忆的过程，这种学习方法被称为类比学习法）。

我们平时所说的三极管全称是双极性晶体管（bipolarjunction transistor），具有两个PN结，NPN和PNP型三极管电路符号如图1-26 所示，有基极B：Base；集电极C：Collector；发射极E：Emitter三个引脚，怎么判断晶体管是NPN还是PNP呢？记住：符号中的箭头都是从P指向N的。左图中，箭头起点为P、终点为N，所以P在三极管中间，即为NPN；而右图中，箭头起点为P、终点为N，所以三极管中间为N，即为PNP。

图1-26 NPN与PNP型三极管符号

本节以NPN三极管为例，介绍下三极管的特性。图1-27 的曲线是NPN三极管的输出特性曲线，横坐标是CE之间的电压VCE，纵坐标是CE之间的电流IC，这些曲线主要就是描述基极电流IB、集电极电流ICE和VCE三者的关系。三极管有三个工作区，分别是饱和区、放大区和截至区。

图1-27 NPN三极管输出特性曲线

图1-28 三极管的水流控制等效模型

1. 饱和区的特点。三级管的电流IC与IB和VCE都有关，当VCE不变时，IB变化引起的IC变化不大；但是反过来，IB固定，VCE变化一点点就会引起IC剧烈变化，换句话说三极管已经饱和了，饱和的意思就是满了，我们可以用向水杯里倒水的模型来记忆这个过程，如图1-28 所示，IB就是水龙头注水的水流，IC就是水面的高度，VCE就是指水杯的高度。饱和就是指水满了，如图中饱和时状态所示，此时水面高度IC已经满了（已经饱和）不受控于IB了，而受控于水杯的高度VCE，如果想要进一步增加IC，就需要增加水杯高度VCE，这样理解并记忆饱和这个概念就更形象易懂了。

2. 放大区的特点。随着IB的增加，IC也增加，IC主要受控于IB，与VCE关系不大，图1-27 中可以看到，放大区内VCE增加时IC基本不变，而IB增加时IC就跟着增加。图1-28 清晰地类比了这个过程，通俗点说就是用IB来控制IC，这就是我们称三极管是电流控制型器件的原因。还是以水杯模型来加深记忆，图中放大状态的水杯中，不管水杯高度VCE是多高，IC的高度只受控于注水水流IB。

3. 截至区的特点。不管VCE怎么变化，只要IB等于0或接近于0，IC也就约等于0，我们还是以水杯为模型来加深理解，图1-28 中注入杯中的水龙头IB水流非常小，接近于0，所有不管水杯VCE多高，水杯中的水IC始终接近于0。

在电流IC不大时，三极管常用来做放大器或者是开关使用，当需要大电流时往往用MOS来做开关使用，以上就是三极管的相关特性介绍，结合三极管的水流控制等效模型来理解记忆就会容易的多。

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