抛开课本上的定义，到底应该怎么理解并计算三极管的截止区、放大区、饱和区？

Part 01

前言

对于硬件设计而言，三极管是无法绕过的一个器件，能放大信号，又能开关负载，无论是数字电路还是模拟电路，都有它的身影。但是三极管工作的工作机制你真的理解吗？

当你打开模电课本，如果去找关于三极管工作机制的解释，大概就会看到下面的内容：晶体管由PN结组成，当电流施加到基极时，电流在集电极和发射极之间流动。比如NPN晶体管，当在NPN晶体管的基极和发射极之间施加正向电压 (VBE ) 时，发射极中的电子就会流入基极，其中一些与空穴结合，从而产生极小的基极电流。由于基极结构较薄，许多从发射极流入基极的电子会逃逸到集电极。集电极-发射极电压感应电子向集电极移动，最终就产生集电极电流IC。

许多人一看这又是电子又是空穴的就会头大，以NPN三极管为例，我们可以将晶体管的功能与水龙头进行比较。三极管的基极是水龙头阀门，发射极是水龙头出水口，集电极是水龙头进水口。通过拧水龙头阀门来控制出水量。

Part 02

截止区、放大区、饱和区

截止区

当发射极和集电极结反向偏置时，三极管将处于截止状态。这相当于水龙头阀门关了，水无法流出。在这种情况下，基极，发射极，饱和极的电流几乎为0。

放大区

当发射结正向偏置、集电极结反向偏置时，三极管工作在放大区。这时晶体管就相当于一个受阀门控制的水龙头。流出多少水由阀门控制。如果阀门调大，就会流更多的水。在这种情况下，基极电流越大，集电极电流也越大。并且Ic和Ib之间存在一定的比例关系，Ic=β*Ib，其中β为直流电流放大系数。

饱和区

当发射结正向偏置、集电极结正向偏置时，三极管工作在饱和区。此时，集电极电流Ic的大小不再受基极电流Ib控制，并且Ic不再与Ib成比例。当饱和状态的Ib变大时，Ic不会增加，相当于水龙头的阀门打开得比较大，当继续拧大开关时，流出的水也不会再增加。

所以三极管集电极串联的电阻就像水管的粗细一样，已经决定了最多能流过多少水，也就是三极管的集电极的电流最大有多大，所以当β*Ib>Ic时，此时意味着阀门拧的再大，水流也不会增多了，也就是三极管已经饱和了。

所以我们在判定三极管电路是否饱和时，就是先假定电路是饱和的，然后计算集电极电流Ic，以及基极电流Ib，如果β*Ib>Ic成立，则三极管确实是工作在饱和区，如果不成立，则假定不成立，三极管工作在放大区。