在现代电子中，三极管、MOSFET（以下简称MOS管）、IGBT是电子人口中的“常客”，但很多人可能一知半解，或只知其一不知其二，尤其是电子新手，接下来跟着我们重新认识一下他们吧。

1. 三极管VS MOSFET VS IGBT

在实际应用中，经常能看到下面这些电路，使用了三极管、MOS管和IGBT的开关特性：

图1：三极管、MOS管与IGBT应用电路（图源：自制）

我们把单片机的GPIO口分别接到三极管、MOS管或者IGBT的一个端口上，通过IO口输出高、低电平就可以控制所接负载，比如视频开头的电机启停，以及喇叭、LED灯或者水泵等设备。

既然都可以作为开关来用，是不是可以相互替换呢？当然不行了。下面就让我们一步步的为大家揭晓答案。

2. PN结基础-万变不离其宗

在正式解答之前，先给大家讲讲半导体与PN结，这可是三极管、MOS管和IGBT的基础。

我们常说的半导体材料，通常是硅、锗等，导电性能介于导体和绝缘体之间。以硅为例，纯净的硅被称为本征半导体。硅是第4族元素，一个原子外层有4个电子,每个电子都与邻近的另一个硅原子的外层电子形成共价键电子对结构，这种非常牢固。如果给纯净的硅掺入5族元素(砷、磷)，5个价电子中的4个与相邻的硅原子组成共价键后，还多余一个电子；如果掺入的是3族元素（硼、铝），3个价电子与相邻的硅原子组成共价键，因缺少一个价电子，就会产生一个空穴。前者掺杂的半导体称为N型半导体，后者称为P型半导体。

只要在半导体中分别掺入少量的杂质，在电场作用下能形成带负电的载流子-自由电子以及带正电的载流子-空穴粒子。当N型半导体和P型半导体结合时,在它们交界处两边电子和空穴浓度不同，N区电子要向P区扩散，与P区空穴复合，形成耗尽层，也就是空间电荷区，同时也是我们常说的PN结。如果给PN结加上正向电压，当正向电压大于死区电压，载流子在扩散运动下就会形成电流，PN结就导通了，相反如果加上反向电压，那么PN结就截止。

当我们在PN结的两端接上金属引脚，将这块PN结封装起来，于是就有了我们常见常用的二极管。按照掺杂的材料成份、掺杂浓度、尺寸大小、排布方式以及几何结构，PN结可以制成很多种的元件，比如三极管、MOS管和IGBT。

3. 两个PN结简单组合就是三极管？

有人说把两个PN结简单组合，或者直接用两个二极管组合一下，不就成了三极管，这种想法大错特错。

当年，美国物理学家约翰·巴丁(John Bardeen)和布拉顿（Brattain）发明世界上第一个半导体三极管，由此获得了诺贝尔物理学奖，你就应该知道三极管绝不是简单！

当然，这里为了方便大家理解，我们还是简单化表示，三极管的结构确实是把两个PN结两个背靠背，以NPN组合或PNP组合，就有了NPN型或PNP型三极管。

图2：两种类型三极管结构与电路符号（图源：自制）

大家有没有注意到，集电区和发射区是同一类型的掺杂半导体，但他们的掺杂浓度是不一样的。集电区的掺杂浓度低，面积大，这样便于收集电子，而发射区掺杂浓度高，面积小，这样便于发射电子。

前面我们知道PN结是有导通（也称为正向偏置）和截止（也称为反向偏置）状态，那么三极管中的2个PN结——集电结和发射结就有了以下三种状态组合，同时对应的是三极管的三种工作：

. 发射结反偏，集电结反偏——截止

. 发射结正偏，集电结反偏——放大

. 发射结正偏，集电结正偏——饱和

（tips：这个口诀是三极管的精髓，一定要记住。不管是考试还是面试，总要问一问的。）

以NPN三极管为例，若让发射结正偏，就需要基极电压UB大于发射极电压UE，要给三极管的基极接电源正极，给发射极接电源负极。若让集电结反偏，就需要集电极电压UC大于基极电压UB。因为基极已经有了一个高电位，集电极需要一个更高的电位，集电结才会反偏。基极和集电极加上电压之后，由于N型和P型半导体中电子和空穴的扩散运动，就形成了基极电流IB、集电极电流IC以及发射极电流IE。

当集电极与发射极之间的电压UCE为某特定值时，基极电流IB与基极发射极电压UBE是存在一定关系的，也就是三极管的输入特性曲线：

图3：三极管输入特性曲线（图源：电工电子技术基础）

U_BER是三极管启动的临界电压，它会受集射极电压大小的影响。
U_BEBER时，三极管高绝缘，UBE> U_CE增大，特性曲线右移，但当UCE>1.0V后，特性曲线几乎不再移动。

当基极电流IB一定时，集极IC与集-射电压UCE之间的关系就是输出特性：

图4：三极管输出特性曲线（图源：电工电子技术基础）

当I_B=0时，I_C→0，称为三极管处于截止状态，相当于开关断开；
当I_B>0时，I_b轻微的变化，会在IC上以几十甚至百多倍放大表现出来；
当I_B很大时，I_C变得很大，不能继续随IB的增大而增大，三极管失去放大功能，表现为开关导通。

这个过程就是视频中所描述的三极管与水阀的过程：初始水阀关闭，没水流出，就相当于三极管截止。打开阀门，水开始流出，水的大小与阀门开启大小成一定比值。当水阀完全打开，意味着三极管饱和。

曲线中所表示的三个区正是三极管的主要特性：饱和和截止区时，三极管具有开关特性，所以看到它可以控制电机；在放大区时，只要轻微的改变IB的大小，IC和IE就会有非常大的变化，以小电流控制大电流，四两拨千斤，所以在模拟电路信号放大时，就能看到三极管的身影。下面这个图就可以说明三极管的放大作用，但注意，并不是“一角”被放大成“一百”了，“一角”仅仅起着一种控制作用。

（图源：网络）

虽然三极管可以以小控大，完全导通后管压降也很低，但三极管的控制功耗较大，比如一个三极管β=100，当我们使用三极管控制100A电流时，控制信号就要1A，这么大的功耗在很多场景中是不现实的。所以三极管的“小老弟”出生了。

4. 为什么MOSFET比三极管简单的多？

MOSFET是由金属、氧化物和半导体构成的，简称MOS管。

在一块P型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，用金属铝引出两个电极，就是漏极D和源极S。然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝缘层膜，再在这个绝缘层膜上装上一个铝电极，就是栅极G。衬底也引出一个电极和源极相连。两块N型之间的导电通道只有在外电场作用下才形成，所以，这样的结构被称为是N型增强型MOSFET，简称NMOS。如果衬底采用N型半导体，源极、漏极为P+型，那么就是P型增强型MOS管。

从上面的结构组成看，栅极与源极、漏极以及衬底之间是绝缘的，所以MOS管也是绝缘栅型器件。

如果给源极和栅极之间加一个电压UGS，栅极、P型衬底，再加上中间的绝缘层，就形成了一个电容器，栅极、P型衬底就是电容器的极板。栅极上会感应出正电荷，而P型衬底则会有负电荷。随着UGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，电容另一边聚集大量的电子就会形成一个从漏极到源极的N型导电沟道。

当UGS越大，沟道就越宽，导通电阻就越小，那么也代表着MOS管的导电能力就越强。这时如果在漏极和源极之间加上正向电压UDS，那么就会有电流流过导电通道了。所以我们说的MOS管是压控器件，就是源于此。

根据UGS与UGS(th)的关系，可以得到流过漏极电流ID，随着UGS变化的关系，也就是MOS管的转移特性。但UGS

图5 MOS管转移特性与输出特性曲线（图源：电工电子技术基础）

当UGS(th)>UGS(th)并且保持不变时，加在漏源之间的电压UDS的变化，也会引起漏极电流ID的变化，他们之间的关系就是输出特性。MOS也有三个工作区：

工作区

截止区：UGS小于UGS(th)，MOS管工作在截止区

饱和区（恒流区）：当UDS>UGS-UGS(th)时，ID几乎不随着UDS变化，趋于饱和了。但这时ID受UGS控制的，UGS增大，ID是增大的。

可变电阻区：这个区域ID与UDS基本上是线性关系的，沟道电阻有UGS决定。

当然，还有击穿区，就是当UDS比较大时，ID急剧增加，超过一定值，MOS管就被损坏了。

从结构上看，MOS管比三极管复杂，但是MOS管只要给栅极源极加上一定的正向电压，就可以工作，而三极管需要足够的电流才能工作。在开关电源中，使用的开关管几乎全都是MOS管，也足以说明控制起来，MOS管比三极管简单多了。

作为电压控制元件，MOS管在各个应用领域展现出了极大的便利，比如：

. 在电路中可以用作开关，控制电路的导通和关断，像MOS管控制电机的速度和方向

. 在各类放大器中，MOS可以作为功率放大器使用，把微弱的信号放大

. 在开关电源电路中，MOS管发挥空滤控制的作用，稳定输出直流电源

. 在电源逆变器中，使用MOS管，可以将直流电转换为交流电。

虽然MOS管控制简单，但是它在控制大电流时，管压降远远大于三极管，很难制成高压大电流元件。所以，利用三极管就和MOS管各自的优点，就有一个新器件。

5. 三极管和MOS管联姻的结晶——IGBT

从IGBT的结构看，你别说还真是联姻的结晶呢。

简单的说，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的后基区PNP型晶体管，IGBT是三极管与MOSFET组成的达林顿结构的复合器件。

IGBT的开通与关断，是由栅极和发射极之间的电压UGE决定的。当UGE大于开启电压UGE(th)时，MOS管内形成沟通，并且为PNP三极管提供基极电流进而是IGBT导通。当UGE为0或者加了反向电压时，MOS管内的沟道消失，三极管的基极电流被切断，IGBT也就关断了。IGBT的导通原理，与MOS管基本上是一样的。但是IGBT的结构，使得扩展电阻要比MOS管小，所以通态压降要小的多。

IGBT继承了MOSFET的驱动电流小，也继承了三极管的通态压降小，因此，它具有驱动功率小、开关速度快、工作电压、电流容量大等优点。在直流电压600V至几千V的应用场景中，就只能安排IGBT上了。

以上这些内容就是对视频中三极管、MOS管和IGBT知识的额外补充了。这三个器件的内容远不止这些，每个器件都能出一本书，讲一个学期。

每个器件都不是无缘无故的出现，都伴随着应用需求出现。无论是三极管、MOSFET，还是IGBT，都是现代电子中非常重要的器件，可以根据不同控制场景选择。

结尾处，给大家总结一下三极管、MOS管和IGBT的重要特性，希望可以对大家之后的学习有所帮助。

本文转载自：贸泽电子

作者：腿毛大猪蹄，文章来源：硬学硬问微信公众号

今天分享一下用三极管搭恒流源的几种形式。

配合稳压管搭恒流源

用稳压管稳定三极管基极的电压，此电压经过发射结钳位之后降低0.7V，此时发射极电压也是稳定的，发射极电压除以发射极电阻就得到恒定电流。如图，在红点处接负载，负载电流恒定为5mA。

通过调节发射极电阻阻值或者换用不同稳压值的稳压管可以实现负载电流大小的调节。

电流计算公式：

配合二极管恒流源

用两个二极管钳位，稳定基极电压1.4V。其余的分析和稳压管一样。

不管是配合稳压管还是二极管搭恒流源，它们的原理都一样，我们要挖掘出精髓出来，往后遇到这种原理图才能做到举一反三，这里恒流设计的精髓就是稳定三极管的基极电压！因为稳定基极电压之后通过射极钳位，再通过射极电阻将稳定的电压转化为稳定的电流，这样就实现了恒流！

它们通用的电流计算公式如下：

掌握了稳定基极电压这个原理，就可以拓展出很多恒流设计电路了，比如用TL431或者用DA来做个参考电压，或者用3个二极管钳位都可以了！

总结出精髓后自己就可以从模仿转向自行设计了，这种感觉是不是很酷！

两个三极管搭恒流源

再来一个不一样的，由两个NMOS构成的恒流源。

说一下我对这个电路的理解：这个其实本质是个过流保护电路。

动态过程

基极电流通过，右管打开，将电流放大之后，当负载电流大于0.7mA，在发射极电阻上形成0.7V电压达到左管导通阈值，左管开启。

左管开启，右管基极被拉到地，导致右管关闭。

右管关闭，没了电流左管基极被拉到地，又导致左管关闭，

左管关闭又导致右管打开。

往复循环，动态稳定时候就是左管基极电压达到开通阈值0.7V，这是个平衡点。

这个过程还是有点复杂的，所以看不懂也没关系，可以这么来理解：两个三极管在导通关断的动态平衡下，右侧管子基极等效成稳定在1.4V，射极稳定0.7V，这样也可以和上面总结出来的精髓也有异曲同工之妙了。

电流计算公式可以这么直接算：

前面说了我认为这是一个过流保护电路，基极电流要足够大，经过右管放大之后能在发射极电阻上形成0.7V压降，这个过程才能成立。然后三极管就等效为一个动态电阻，使得负载恒流！如果Ib很小，经过右管放大之后形成不了0.7V压降，那么这个过程不成立。

以上都是自己对这几个电路的看法和总结。由于水平有限，可能有的地方理解有误，如有发现错误，还请各位不吝指正！感谢！

要点总结：
1.三极管搭恒流源精髓在于稳定基极电压。
2.稳定了基极电压之后发射结钳位，发射极电压也稳定。
3.通过发射极电阻将稳定电压转化为恒定电流。

本文转载自：电子工程技术

一、最简单的电路

图1

上面这个电路够简单吧？你可以得到，只要是NPN晶体管都可以使用。BC547三极管极性：字面朝上，左→右 C、B、E

图2

LED、220欧姆电阻、晶体管的连接如照片中显示。手指触摸图中的两个点可以点亮LED。由于一只晶体管的放大倍数有限，想让LED发光更明亮，或许你需要用点力两只手分别捏住两个点。你的身体相当于一个电阻，电流流过你的身体（手指）给三极管基极提供一个偏置电流。晶体管将流过你手指的电流放大约200倍，这足以点亮LED。

二、第二简单的电路

图3

图4

这是第二个最简单的电路。已添加第二个晶体管将你的手指传递的电流进行放大。该晶体管的增益约200，你的手指只需轻轻触摸图中的两个点，LED就会被点亮。增添的三极管将通过你的手指的电流放大了约200倍再提供给原三极管，总放大倍数约40000倍。

三、放大八百万倍的高增益电路

图5

该电路有极高的放大倍数，它可以非接触检测电源线是否通电。只需将它靠近墙壁，它会检测到电源线的位置。它有约200×200×200 = 8,000,000的增益，该电路的输入端阻抗非常高，能够检测周围是否存在电场。

图6

这张照片显示了电路的连接，检测端接有一小块铜箔板，能增强检测电场的能力。

图7

在上面的电路基础上，这个电路增加一个压电蜂鸣器，当检测到市电时，LED点亮同时蜂鸣器会发声。

作者： 邵金龙， 凡亿PCB微信公众号

三极管分为三个状态：截止、放大、饱和

1. 截止状态：三极管处于关断状态，Vce约等于电源电压

2. 放大状态：三极管处于电流放大状态，0V

3. 饱和状态：三极管处于完全导通状态，Vce≈0V

判断三极管工作在哪个状态的方法分为：

1. 电流判断法：

Ic_max> Ib*β 放大状态

Ic_max≤ Ib*β 饱和状态

Ic_max=Ib*β=0 截止状态

2. 电压判断法：

Uce>0.3V 放大状态

Uce=0.3V 饱和状态

Uce=Vcc 截止状态

图 一

1. 三极管放大电路（信号型三极管）

图 二

三极管放大电路最典型的特征就是：Ic max >β*Ib，也就是说无论Ib电流怎样变化，β*Ib始终没有超越Ic的最大值，此时的状态就是放大状态。

如图二所示是一个三极管放大电路，那么怎么确定三极管放大电路的实际参数呢？

首先明确一点三极管饱和导通时候Vbe=0.7V，Vce=0.3V,因为β会随着温度、湿度等发生变化，所以这里假设β=100，方便计算。

那么Ic max=(5V-Vce)/R1,先根据负载确定IC上需要的电流确定R1是多少，假设IC需要47mA那么Ic max=(5V-Vce)/R1=47mA,Vce最小时候Ic才能达到最大电流值即Ic max=(5V-0.3V)/R1=47mA,R1=100Ω，确定好Ic电流值以及R1阻值后，看一下Ib怎么计算，因为β=100，Ic=β*Ib，可以计算出Ib max=47mA/100=0.47mA,也就是说Ib<0.47mA时三极管是处于放大状态的。

确定一下R2的阻值，因为三极管导通时候Vbe=0.7V,而输入是一个3V的方波信号，Ib max=(3v-Vbe)/R2=0.47mA,得出R2=4.89K此时三极管处于临界饱和状态,我们选择一个常用的标称电阻10K，即R2=10K,实际Ib=(3v-Vbe)/R2=（3V-0.7V）/10K=0.23mA,且Ib*β< Ic max符合要求，至此三极管放大电路所有参数均已得到，实际设计中电阻选取需要远离临界饱和状态选值。

总结：三极管放大状态下IC会随着IB的增大而增大，减小而减小，即IC受控于IB。

2. 三极管饱和状态（信号型三极管）

图 三

三极管饱和电路最典型的特征就是：Ic max ≤ β*Ib，β*Ib超越Ic的最大值，那此时的状态就是饱和状态。

如图三所示是一个三极管饱和导通电路，那么怎么确定三极管饱和导通电路的实际参数呢？

已知三极管饱和导通时候Vce=0.3V,Vbe=0.7V,假设β=100, IC=5mA（IC具体值根据负载决定），由Ic max=(12V-Vce)/R4=5mA,得出R4=（12V-0.3V）/5mA=2340R,取一个有标称值接近计算值的电阻R4=2K，那么实际IC=5.85mA,则Ib=Ic/β=5.85mA/100=0.0585mA,以IB=0.0585mA可以计算出R5的理论阻值39.32K,在这个基础上三极管是处于临界饱和导通时刻，受到温度影响β值是会发生变化的也就是说当R5=39.32K时，三极管会受到外界影响一会饱和导通一会处于放大状态，而放大状态控制不好是会导致三极管损坏的，是我们不希望看到的。

如果Ib电流比0.0585mA大很多呢，那么三极管肯定处于饱和导通状态，假设Ib=10mA,无论温度怎么变化三极管肯定处于饱和导通状态，当然Ib取这么大必定有它的弊端，功耗过大，虽然满足了三极管饱和导通但是增加太多的功耗也是不可以的，经过多方设计验证得出，在Ib=1mA时候三极管处于饱和导通状态，适用于90%的三极管，经验设计不考虑特殊应用三极管，因为此时三极管同样遵循Ic=β*Ib,β=100情况下，Ic=100mA,实际设计三极管开关电路时，Ic电流都不是很大。

因此当Ib=1mA时取得R5=(3V-Vbe)/1mA=2300Ω，取标称值电阻R5=2K2,实际Ib=(3v-Vbe)/R5=（3V-0.7V）/2K2=1.05mA,且Ib*β≥ Ic max符合要求，至此三极管饱和导通电路所有参数均已得到。

总结：三极管饱和导通状态下Ic不在随着Ib的增大而增大，减小而减小，即Ic不在受控于Ib。

3. 开关管实际应用电路

图 四

图四 三极管下拉电阻的选取：阻值为2K，这个电阻的阻值是经过多次实际检验得出的，大家做设计的时候务必加上下拉电阻，不加时候三极管也能工作，但是加上后会保证三极管的状态更稳定。

为什么这么说呢，一般情况下三极管都是和单片机IO口相连做开关控制使用，假设此时单片机IO口出现高阻态，那么接入三极管IB的电平就是不确定的会导致三极管误导通，此时如果接有下拉电阻根据内阻分析法会给IB一个稳定的状态，不会导致三极管误触发，下拉电阻的作用：当无输入或者输入是高阻态时，通过下拉电阻将基极迅速拉低，确保三极管处于稳定的截止状态。

总结：三极管属于流控流型晶体管，探讨的是Ib*β与Ic之间的关系，在实际使用过程中一定要注意基级一定要给一个确定的状态非高即低。

放大电路的核心元件是三极管，所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多，我们用常用的几种来解说一下（如图1）。图1是一共射的基本放大电路，一般我们对放大路要掌握些什么内容？

（1）分析电路中各元件的作用；

（2）解放大电路的放大原理；

（3）能分析计算电路的静态工作点；

（4）理解静态工作点的设置目的和方法；

以上四项中，最后一项较为重要。

图1中，C1，C2为耦合电容，耦合就是起信号的传递作用，电容器能将信号信号从前级耦合到后级，是因为电容两端的电压不能突变，在输入端输入交流信号后，因两端的电压不能突变因，输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化，从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是，电容两端的电压不能突变，但不是不能变。

R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻，什么叫直流偏置？简单来说，做工要吃饭。要求三极管工作，必先要提供一定的工作条件，电子元件一定是要求有电能供应的了，否则就不叫电路了。

在电路的工作要求中，第一条件是要求要稳定，所以，电源一定要是直流电源，所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电？电阻就象是供水系统中的水龙头，用调节电流大小的。所以，三极管的三种工作 状态“：载止、饱和、放大”就由直流偏置决定，在图1中，也就是由R1、R2来决定了。

首先，我们要知道如何判别三极管的三种工作状态，简单来说，判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别，Uce接近于电源电压VCC，则三极管就工作于载止状态，载止状态就是说三极管基本上不工作，Ic电流较小（大约为零），所以R2由于没有电流流过，电压接近0V，所以Uce就接近于电源电压VCC。

若Uce接近于0V，则三极管工作于饱和状态，何谓饱和状态？就是说，Ic电流达到了最大值，就算Ib增大，它也不能再增大了。

以上两种状态我们一般称为开关状态，除这两种外，第三种状态就是放大状态，一般测Uce接近于电源电压的一半。若测Uce偏向VCC，则三极管趋向于载止状态，若测Uce偏向0V，则三极管趋向于饱和状态。

理解静态工作点的设置目的和方法

放大电路，就是将输入信号放大后输出，（一般有电压放大，电流放大和功率放大几种，这个不在这讨论内）。先说我们要放大的信号，以正弦交流信号为例说。在分析过程中，可以只考虑到信号大小变化是有正有负，其它不说。上面提到在图1放大电路电路中，静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半，为什么？

这是为了使信号正负能有对称的变化空间，在没有信号输入的时候，即信号输入为0，假设Uce为电源电压的一半，我们当它为一水平线，作为一个参考点。当输入信号增大时，则Ib增大，Ic电流增大，则电阻R2的电压U2=Ic×R2会随之增大，Uce=VCC-U2，会变小。U2最大理论上能达到等于VCC，则Uce最小会达到0V，这是说，在输入信增加时，Uce最大变化是从1/2的VCC变化到0V。

同理，当输入信号减小时，则Ib减小，Ic电流减小，则电阻R2的电压U2=Ic×R2会随之减小，Uce=VCC-U2，会变大。在输入信减小时，Uce最大变化是从1/2的VCC变化到VCC。这样，在输入信号一定范围内发生正负变化时，Uce以1/2VCC为准的话就有一个对称的正负变化范围，所以一般图1静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半。

要把Uce设计成接近于电源电压的一半，这是我们的目的，但如何才能把Uce设计成接近于电源电压的一半？这就是手段了。

这里要先知道几个东西，第一个是我们常说的Ic、Ib，它们是三极管的集电极电流和基极电流，它们有一个关系是Ic=β×Ib，但我们初学的时候，老师很明显的没有告诉我们，Ic、Ib是多大才合适？这个问题比较难答，因为牵涉的东西比较的多，但一般来说，对于小功率管，一般设Ic在零点几毫安到几毫安，中功率管则在几毫安到几十毫安，大功率管则在几十毫安到几安。

在图 1 中，设 Ic 为 2mA，则电阻 R2 的阻值就可以由 R=U/I 来计算，VCC 为 12V，则 1/2VCC为 6V，R2 的阻值为 6V/2mA，为 3KΩ。Ic 设定为 2 毫安，则 Ib 可由 Ib=Ic/β推出，关健是β的取值了，β一般理论取值 100 ，则 Ib=2mA/100=20#A ，则 R1= （ VCC-0.7V ）/Ib=11.3V/20#A=56.5KΩ， 但实际上，小功率管的β值远不止 100，在 150 到 400 之间，或者更高，所以若按上面计算来做，电路是有可能处于饱和状态的，所以有时我们不明白，计算没错，但实际不能用，这是因为还少了一点实际的指导，指出理论与实际的差别。这种电路受β值的影响大，每个人计算一样时，但做出来的结果不一定相同。也就是说，这种电路的稳定性差，实际应用较少。但如果改为图 2 的分压式偏置电路，电路的分析计算和实际电路测量较为接近。

在图 2 的分压式偏置电路中，同样的我们假设 Ic 为 2mA， Uce 设计成 1/2VCC 为 6V。则 R1、R2、 R3、 R4 该如何取值呢。计算公式如下：因为 Uce 设计成 1/2VCC 为 6V，则 Ic×（R3+R4）=6V;Ic≈Ie。可以算出 R3+R4=3KΩ，这样，R3、R4 各是多少？一般 R4 取 100Ω，R3 为 2.9KΩ，实际上 R3 我们一般直取 2.7KΩ，因为 E24 系列电阻中没有 2.9KΩ，取值 2.7KΩ与 2.9KΩ没什么大的区别。因为 R2 两端的电压等于 Ube+UR4。

0.7V+100Ω×2mA=0.9V，我们设 Ic 为 2mA，β一般理论取值 100，则 Ib=2mA/100=20#A，这里有一个电流要估算的，就是流过 R1 的电流了，一般取值为 Ib 的 10 倍左右，取 IR1200#A 则R1=11.1V/200#A≈56KΩR2=0.9V （/200-20） #A=5KΩ;考虑到实际上的β值可能远大于 100，所以 R2 的实际取值为 4.7KΩ。这样，R1、R2、R3、R4 的取值分别为 56KΩ，4.7KΩ，2.7KΩ，100Ω，Uce 为 6.4V。

在上面的分析计算中，多次提出假设什么的，这在实际应用中是必要的，很多时候需要一个参考值来给我们计算，但往往却没有，这里面一是我们对各种器件不熟悉，二是忘记了一件事，我们自己才是用电路的人，一些数据可以自己设定，这样可以少走弯路。

免责声明：本文转载于网络，转载此文目的在于传播相关技术知识，版权归原作者所有，如涉及侵权，请联系小编删除(联系邮箱：service@eetrend.com )。

相信谈到稳压三极管，很多从业不久或刚刚入门的设计者都会觉得比较陌生。

在电路设计中，最常见的稳压器件为二极管，而非三极管，但实际上三极管也是拥有稳压作用的。在本文将为大家介绍关于稳压三极管电路的工作分析，通过浅显易懂的方式来帮助大家理解。

上图1是一个固定稳压电路。

电阻作用：

向三极管提供偏置电流，使三极管导通

向稳压管提供工作电流，稳压管接在基极上

所以基极的电压被稳压管稳定了。又因为三极管基极与射极之间是一个二极管，而二极管导通时两端电压是稳定的0.7V（以硅管算）。所以此电路输出电压等于稳压管稳定值减0.7V。电容的作用与稳压无关，但是在这类稳压电路中往往“顺便”用它。其作用是与三极管构成“电子滤波”电路，利用三极管的放大作用，在输出端得到扩大了hFE（三极管放大倍数）倍的滤波效果，这是接在输出端的滤波电容无法相比的。右图的电容也是此作用。

上图2是一个输出可调的串联调整稳压电路。

三极管V1叫调整管，起到调整输出电压作用。

V2叫比较放大管，起到把取样信号与基准电压进行比较并放大后控制调整管的作用。

电阻1作用：

向三极管V1提供偏置电流，使三极管导通

向V2提供工作电源

电阻2向稳压管提供工作电流。电阻3.4及W构成取样电路。稳压管给V2提供基准电压。

此电路工作原理如下：

设因负载变化或输入电压波动或其它原因使输出电压升高---------经取样电路取样，V2基极电压也升高---------V2基极电流加大------V2集电极电流加大--------V2集电极电压即V1基极电压下降----------V1射极即输出电压下降------结果就是输出电压实际并没有升高。同理，输出电压也不会下降。只能是一个稳定值。调整W可调高或调低输出电压。

本文通过图文并茂的形式，言简意赅的讲解了一种简单的稳压三极管工作原理，对于新手来说非常易于理解。在阅读过本文后，相信大家都对稳压三极管的工作方式有了自己独到的见解。

免责声明：本文转载于网络，转载此文目的在于传播相关技术知识，版权归原作者所有，如涉及侵权，请联系小编删除(联系邮箱：service@eetrend.com )。

这里我准备了几个问题，咱们带着这几个问题往下看。

1.集电结为何会发生反偏导通并产生Ic，这看起来与二极管原理强调的PN结单向导电性相矛盾。

2.放大状态下集电极电流Ic为什么会只受控于电流Ib而与电压无关；即：Ic与Ib之间为什么存在着一个固定的放大倍数关系。虽然基区较薄，但只要Ib为零，则Ic即为零。

3.饱和状态下，Vc电位很弱的情况下，仍然会有反向大电流Ic的产生。

以上这三点，都是为什么？

很多教科书对于这部分内容，在讲解方法上处理得并不适当。特别是针对初、中级学者的普及性教科书，大多采用了回避的方法，只给出结论却不讲原因。

即使专业性很强的教科书，采用的讲解方法大多也存在有很值得商榷的问题。这些问题集中表现在讲解方法的切入角度不恰当，使讲解内容前后矛盾，甚至造成讲还不如不讲的效果，使初学者看后容易产生一头雾水的感觉。

传统讲法及问题

传统讲法一般分三步，以NPN型为例（以下所有讨论皆以NPN型硅管为例），如下图。

1. 发射区向基区注入电子；

2. 电子在基区的扩散与复合；

3. 集电区收集由基区扩散过来的电子。

问题1：这种讲解方法在第3步中，讲解集电极电流Ic的形成原因时，不是着重地从载流子的性质方面说明集电区的反偏导通，从而产生了Ic，而是不恰当地侧重强调了Vc的高电位作用，同时又强调基区的薄。这种强调很容易使人产生误解。以为只要Vc足够大基区足够薄，集电结就可以反向导通，PN结的单向导电性就会失效。其实这正好与三极管的电流放大原理相矛盾。三极管的电流放大原理恰恰要求在放大状态下Ic与Vc在数量上必须无关，Ic只能受控于Ib。

问题2：不能很好地说明三极管的饱和状态。当三极管工作在饱和区时，Vc的值很小甚至还会低于Vb，此时仍然出现了很大的反向饱和电流Ic，也就是说在Vc很小时，集电结仍然会出现反向导通的现象。这很明显地与强调Vc的高电位作用相矛盾。

问题3：传统讲法第2步过于强调基区的薄，还容易给人造成这样的误解，以为是基区的足够薄在支承三极管集电结的反向导通，只要基区足够薄，集电结就可能会失去PN结的单向导电特性。这显然与人们利用三极管内部两个PN结的单向导电性，来判断管脚名称的经验相矛盾。既使基区很薄，人们判断管脚名称时，也并没有发现因为基区的薄而导致PN结单向导电性失效的情况。基区很薄，但两个PN结的单向导电特性仍然完好无损，这才使得人们有了判断三极管管脚名称的办法和根据。

问题4：在第2步讲解为什么Ic会受Ib控制，并且Ic与Ib之间为什么会存在着一个固定的比例关系时，不能形象加以说明。只是从工艺上强调基区的薄与掺杂度低，不能从根本上说明电流放大倍数为什么会保持不变。

问题5：割裂二极管与三极管在原理上的自然联系，不能实现内容上的自然过渡。甚至使人产生矛盾观念，二极管原理强调PN结单向导电反向截止，而三极管原理则又要求PN结能够反向导通。同时，也不能体现晶体三极管与电子三极管之间在电流放大原理上的历史联系。

新讲解方法

01. 切入点

要想很自然地说明问题，就要选择恰当地切入点。讲三极管的原理我们从二极管的原理入手讲起。二极管的结构与原理都很简单，内部一个PN结具有单向导电性，如图。

很明显图示二极管处于反偏状态，PN结截止。我们要特别注意这里的截止状态，实际上PN结截止时，总是会有很小的漏电流存在，也就是说PN结总是存在着反向关不断的现象，PN结的单向导电性并不是百分之百。

为什么会出现这种现象呢？

这主要是因为P区除了因“掺杂”而产生的多数载流子“空穴”之外，还总是会有极少数的本征载流子“电子”出现。N区也是一样，除了多数载流子电子之外，也会有极少数的载流子空穴存在。

PN结反偏时，能够正向导电的多数载流子被拉向电源，使PN结变厚，多数载流子不能再通过PN结承担起载流导电的功能。

所以，此时漏电流的形成主要靠的是少数载流子，是少数载流子在起导电作用。

由上图可知，PN结的内电场方向是从N区指向P区的，这个内电场对于少子穿过PN结起着促进的作用。

漏电流之所以很小，是因为少数载流子的数量太少。很明显，此时漏电流的大小主要取决于少数载流子的数量。如果要想人为地增加漏电流，只要想办法增加反偏时少数载流子的数量即可。

所以，如图所示，如果能够在P区或N区人为地增加少数载流子的数量，很自然的漏电流就会人为地增加。

其实，光敏二极管的原理就是如此。

光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN结具有单向导电性。因此，光敏二极管工作时应加上反向电压，如图所示。

当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，一般为1×10-8 —1×10 -9A(称为暗电流)，此时相当于光敏二极管截止；

当有光照射时，PN结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子—空穴对，这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化。

光电流通过负载R时，在电阻两端将得到随入射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成电功能转换的。

光敏二极管工作在反偏状态，因为光照可以增加少数载流子的数量，因而光照就会导致反向漏电流的改变，人们就是利用这样的道理制作出了光敏二极管。既然此时漏电流的增加是人为的，那么漏电流的增加部分也就很容易能够实现人为地控制。

02. 强调一个结论

讲到这里，一定要重点地说明PN结正、反偏时，多数载流子和少数载流子所充当的角色及其性质。正偏时是多数载流子载流导电，反偏时是少数载流子载流导电。所以，正偏电流大，反偏电流小，PN结显示出单向电性。

特别是要重点说明，反偏时少数载流子反向通过PN结是很容易的，甚至比正偏时多数载流子正向通过PN结还要容易。

为什么呢？

大家知道PN结内部存在有一个因多数载流子相互扩散而产生的内电场，而内电场的作用方向总是阻碍多数载流子的正向通过，所以，多数载流子正向通过PN结时就需要克服内电场的作用，需要约0.7伏的外加电压，这是PN结正向导通的门电压。

而反偏时，内电场在电源作用下会被加强也就是PN结加厚，少数载流子反向通过PN结时，内电场作用方向和少数载流子通过PN结的方向一致，也就是说此时的内电场对于少数载流子的反向通过不仅不会有阻碍作用，甚至还会有帮助作用。

这就导致了以上我们所说的结论：反偏时少数载流子反向通过PN结是很容易的，甚至比正偏时多数载流子正向通过PN结还要容易。

这个结论可以很好解释前面提到的“问题2”，也就是教材后续内容要讲到的三极管的饱和状态。三极管在饱和状态下，集电极电位很低甚至会接近或稍低于基极电位，集电结处于零偏置，但仍然会有较大的集电结的反向电流Ic产生。

03. 自然过渡

继续讨论PN结的反偏状态。

利用光照控制少数载流子的产生数量就可以实现人为地控制漏电流的大小。既然如此，人们自然也会想到能否把控制的方法改变一下，不用光照而是用电注入的方法来增加N区或者是P区少数载流子的数量，从而实现对PN结的漏电流的控制。

也就是不用“光”的方法，而是用“电”的方法来实现对电流的控制（光照增加的是本征载流子，而后面讲的电注入增加的是掺杂载流子，本征载流子是成对出现，是电子空穴对，正负对应。这与掺杂载流子是有区别的）。

接下来重点讨论P区，P区的少数载流子是电子，要想用电注入的方法向P区注入电子，最好的方法就是如图所示，在P区下面再用特殊工艺加一块N型半导体。

其实上图就是NPN型晶体三极管的雏形，其相应各部分的名称以及功能与三极管完全相同。

为方便讨论，以下我们对图中所示的各个部分的名称直接采用与三极管相应的名称（如“发射结”，“集电极”等）。

最下面的发射区N型半导体内电子作为多数载流子大量存在，而且，如图中所示，要将发射区的电子注入或者说是发射到P区（基区）是很容易的，只要使发射结正偏即可。

具体说就是在基极与发射极之间加上一个足够的正向的门电压（约为0.7伏）就可以了。在外加门电压作用下，发射区的电子就会很容易地被发射注入到基区，这样就实现对基区少数载流子“电子”在数量上的改变。

04. 集电极电流IC的形成

发射结加上正偏电压导通后，在外加电压的作用下，发射区的多数载流子——电子就会很容易地被大量发射进入基区。

这些载流子一旦进入基区，它们在基区（P区）的性质仍然属于少数载流子的性质。如前所述，少数载流子很容易反向穿过处于反偏状态的PN结，所以，这些载流子——电子就会很容易向上穿过处于反偏状态的集电结到达集电区形成集电极电流Ic。

由此可见，集电极电流的形成并不是一定要靠集电极的高电位。集电极电流的大小更主要的要取决于发射区载流子对基区的发射与注入，取决于这种发射与注入的程度。这种载流子的发射注入程度与集电极电位的高低没有什么关系。

这正好能自然地说明，为什么三极管在放大状态下，集电极电流Ic与集电极电位Vc的大小无关的原因。放大状态下Ic并不受控于Vc，Vc的作用主要是维持集电结的反偏状态，以此来满足三极管放大态下所需要外部电路条件。

对于Ic还可以做如下结论：Ic的本质是“少子”电流，是通过电子注入而实现的人为可控的集电结“漏”电流，因此它就可以很容易地反向通过集电结。

05. Ic与Ib的关系

接着上面的讨论，集电极电流Ic与集电极电位Vc的大小无关，主要取决于发射区载流子对基区的发射注入程度。

通过上面的讨论，现在已经明白，三极管在电流放大状态下，内部的主要电流就是由载流子电子由发射区经基区再到集电区贯穿三极管所形成。也就是贯穿三极管的电流Ic主要是电子流。

这种贯穿的电子流与历史上的电子三极管非常类似。下图就是电子三极管的原理示意图。电子三极管的电流放大原理因为其结构的直观形象，可以很自然得到解释。

很容易理解，电子三极管Ib与Ic之间的固定比例关系，主要取决于电子管栅极（基极）的构造。

当外部电路条件满足时，电子三极管工作在放大状态。在放大状态下，穿过管子的电流主要是由发射极经栅极再到集电极的电子流。电子流在穿越栅极时，很显然栅极会对其进行截流，截流时就存在着一个截流比问题。

截流比的大小，则主要与栅极的疏密度有关，如果栅极做的密，它的等效截流面积就大，截流比例自然就大，拦截下来的电子流就多。反之截流比小，拦截下来的电子流就少。

栅极拦截下来的电子流其实就是电流Ib，其余的穿过栅极到达集电极的电子流就是Ic。从图中可以看出，只要栅极的结构尺寸确定，那么截流比例就确定，也就是Ic与Ib的比值确定。

所以，只要管子的内部结构确定，这个比值就固定不变。由此可知，电流放大倍数的β值主要与栅极的疏密度有关。栅极越密则截流比例越大，相应的β值越低，栅极越疏则截流比例越小，相应的β值越高。

其实晶体三极管的电流放大关系与电子三极管类似。

晶体三极管的基极就相当于电子三极管的栅极，基区就相当于栅网，只不过晶体管的这个栅网是动态的是不可见的。放大状态下，贯穿整个管子的电子流在通过基区时，基区与电子管的栅网作用相类似，会对电子流进行截流（电子穿过基区时会与基区空穴复合消失）。

如果基区做得薄，掺杂度低，基区的空穴数就会少，那么空穴对电子的截流量就小，这就相当于电子管的栅网比较疏一样，反之截流量就会大。

很明显只要晶体管三极管的内部结构确定，这个截流比也就确定。所以，为了获得较大的电流放大倍数，使β值足够高，在制作三极管时往往要把基区做得很薄，而且其掺杂度也要控制得很低。

与电子管不同的是，晶体管的截流主要是靠分布在基区的带正电的“空穴”对贯穿的电子流中带负电的“电子”中和来实现。所以，截流的效果主要取决于基区空穴的数量。

而且，这个过程是个动态过程，“空穴”不断地与“电子”中和，同时“空穴”又不断地会在外部电源作用下得到补充。在这个动态过程中，空穴的等效总数量是不变的。基区空穴的总数量主要取决于掺“杂”度以及基区的厚薄，只要晶体管结构确定，基区空穴的总定额就确定，其相应的动态总量就确定。

这样，截流比就确定，晶体管的电流放大倍数的值就是定值。这就是为什么放大状态下，三极管的电流Ic与Ib之间会有一个固定的比例关系的原因。

06. 对于截止状态的解释

比例关系说明，放大状态下电流Ic按一个固定的比例受控于电流Ib，这个固定的控制比例主要取决于晶体管的内部结构。

对于Ib等于0的截止状态，问题更为简单。当Ib等于0时，说明外部电压Ube太小，没有达到发射结的门电压值，发射区没有载流子“电子”向基区的发射注入，所以，此时既不会有电流Ib，也更不可能有电流Ic。

另外，从纯数学的电流放大公式更容易推出结论，Ic=βIb，Ib为0，很显然Ic也为0。

新讲法需要注意的问题

以上，我们用了一种新的切入角度，对三极管的原理在讲解方法上进行了探讨。特别是对晶体三极管放大状态下，集电结为什么会反向导电形成集电极电流做了重点讨论，同时，对三极管的电流放大倍数为什么是定值也做了深入分析。

这种讲解方法的关键，在于强调二极管与三极管在原理上的联系。

其实，从二极管PN的反向截止特性曲线上很容易看出，只要将这个特性曲线转过180度，如图所示，它的情形与三极管的输出特性非常相似。

这说明了二极管与三极管在原理上存在着很必然的联系。所以，在讲解方法上选择这样的切入点，从PN结的反偏状态入手讲三极管，就显得非常合适。而且，这样的讲解会使问题变得浅显易懂生动形象，前后内容之间自然和谐顺理成章。

这种讲法的不足点在于，从PN结的漏电流入手讲起，容易造成本征漏电流与放大电流在概念上的混淆。

本征载流子对电流放大没有贡献，本征载流子的电流对晶体管的特性影响往往是负面的，是需要克服的。晶体管电流放大作用主要靠掺杂载流子来实现。要注意在概念上进行区别。

另外，还要注意说明，从本质上晶体内部有关载流子的问题其实并不简单，它涉及到晶体的能级分析能带结构，以及载流子移动的势垒分析等。所以，并不是随便找一种或两种具有载流子的导体或半导体就可以制成PN结，就可以制成晶体管，晶体管实际的制造工艺也并不是如此简单。

这样的讲解方法主要是在不违反物理原则的前提下，试图把问题尽量地简化，尽量做到浅显易懂，以便于理解与接受。这才是这种讲解方法的主要意义所在。