一、电流控制器件主要由发射极、基极、集电极三部分组成。以NPN晶体管为例,其导通状态主要取决于两个结的偏置状态:
1. 发射结(基极和发射极之间的PN结)应正向偏置,即基极电压高于发射极电压。
2. 集电极结(集电极和基极之间的PN结)通常需要反向偏置电压,即集电极电压高于基极电压。
基于此,晶体管可以工作在三个主要区域:增益区、饱和区和限制区。
二、基极电压高于集电极电压时的情况分析
如果基极电压较高,随着集电极电压增加,集电极结从截止状态变为正向偏置状态。此时,晶体管进入饱和区。具体来说:
1. 增益区条件:在增益区中,发射极结正向偏置,集电极结反向偏置。此时集电极电流主要由基极通过扩散机制注入的少数载流子控制,表现出较大的电流增益。
2. 饱和区条件:如果基极电压高于集电极电压,则集电极结正向偏置,但发射极结仍正向偏置。此时,三极管进入饱和区,集电极电流接近最大值,三极管的放大能力明显降低,但仍保持导通状态。
因此,只要发射结正向偏置,即使基极电压高于集电极电压,晶体管也会导通。然而,此时工作状态从放大区变为饱和区。
三、导通状态的本质
晶体管导通的本质在于发射极连接的正向偏置。当发射极连接两端的电压差达到导通阈值(硅晶体管通常为0.7V)时,基极电流会导致集电极电流流动。因此,集电极电压并不直接影响导通本身,而是决定工作模式。
四、对实际电路的影响
在电路设计中,晶体管的饱和范围和增益范围是不同的。例如,在电路中,晶体管通常被驱动到饱和区以实现完全导通,而在信号放大电路中则需要确保晶体管完全导通以实现线性放大。因此,设计时应根据需要调整基极电压和集电极电压的相对比例,使晶体管处于理想的工作状态。
总结
NPN晶体管基极电压如果高于集电极电压,晶体管仍会正常工作,但工作状态将从增益区变为饱和区。了解这一点不仅可以帮助您正确设计电路,还可以帮助您在调试时避免由于不正确的假设而导致的错误。
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