① 當輸入電壓小于三極管的門限電壓時，輸入基極電流很小，小于基極截止電流 (Base cut-off current)，此時集電極只有很少的漏電流流過（collector cut-off current），三極管工作在截止狀態(tài)。

② 當輸入電壓高于三極管的門限電壓時，輸入基極電流由(Vin-Vbe)/R1決定。此時在正向偏置的基極電壓作用下，高摻雜發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴散到基區(qū)。擴散到基區(qū)的一小部分自由電子與基區(qū)的空穴復(fù)合形成基極電流，復(fù)合掉的空穴由基極電流補充。當集電結(jié)反偏時，基區(qū)內(nèi)的多數(shù)電子繼續(xù)擴散，進入到集電區(qū)形成集電極電流。

在基極電流一定的情況下，使集射極電壓Vce從零開始慢慢增加（因為此時Vbe≈0.7V，當Vce從零開始增加，也就意味著集電結(jié)電壓Vcb電壓從-0.7V開始，慢慢增加到正值。即集電結(jié)從0.7V正偏慢慢變?yōu)榉雌瑘D9）。

在集電極電壓為0時，即集電結(jié)正偏電壓為0.7V，此時從發(fā)射區(qū)過來的自由電子被集電結(jié)正偏電壓0.7V建立起來的勢壘完全阻擋。所以集電極電流幾乎為零。

在集電極電壓慢慢增加但是集電結(jié)電壓仍然處于正偏狀態(tài)，由于集電結(jié)勢壘的降低，基區(qū)的電子開始進入集電區(qū)形成集電極電流。集電極正向偏置電壓越低，基區(qū)電子擴撒到集電區(qū)越容易，從而集電極電流越大。所以此時集電極電流隨Vce增加而增加。

當集電極電壓足夠大使得集電結(jié)零偏或者反向偏置時，基區(qū)的自由電子除了在基區(qū)跟空穴復(fù)合以外，幾乎都可以進入到集電區(qū)，形成集電極電流。此時集電極電壓再增加，集電極電流不會增加。

當基極電流增加時，由PN結(jié)特性知道，電流增加通常伴隨電壓的增加或者說電壓增加引起電流的增加。所以當基極電流增加，對應(yīng)的發(fā)射結(jié)電壓也增加，發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的自由電子也增加。當集電結(jié)處于反偏時，對應(yīng)的集電極電流線性增加。這種在集電結(jié)反偏或者零偏狀態(tài)下，基極電流的增加，集電極電流也成線性增加，此時三極管工作在線性放大區(qū)。

圖9 三極管工作狀態(tài)與偏置相關(guān)

③ 從2. 中的分析可以知道，在集電結(jié)正偏時（正向偏置電壓<0.7V），基區(qū)的電子擴散進入集電區(qū)受阻。此時基極電流的增加雖然仍會使進入基區(qū)的電子增加，但是基區(qū)擴散進入集電區(qū)的電子由于受到集電結(jié)正偏的影響，集電極電流并不會增加。換句話說，在這種情況下，集電極電流的增加受限于集電結(jié)的正偏，而基極電流不再是限制因素。在這種集電結(jié)正偏的情況下，隨著基極電流的增加，集電極電流并不會增加的現(xiàn)象，稱之為飽和。此時三極管工作在飽和狀態(tài)。

由上面的分析可以知道，三極管工作在飽和狀態(tài)，和基極電流關(guān)系不大，但是和集電結(jié)的偏置狀態(tài)有關(guān)系。在圖9所示的工作電路中，假設(shè)Vce=5V，因為Vbe≈0.7V，此時集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，三極管應(yīng)該工作在線性放大區(qū)。理論上說，如果基極電流持續(xù)增加，則三極管集電極電流也會一直線性增加。所以對于Vce=5V，如果基極電流足夠大，集電極電流也會非常大，一直到器件發(fā)熱超過其結(jié)溫導(dǎo)致器件燒毀。

而對于圖6的情況，當基極電流從0開始增加，三極管會由截止區(qū)進入線性放大區(qū)（參照圖7）。隨著基極電流增加，由于集電結(jié)反偏，三極管工作在線性區(qū)，集電極電流也隨之增加。當基極電流足夠大時，Vce電壓降低到使集電結(jié)正偏，三極管進入飽和區(qū)。三極管工作狀態(tài)沿著圖7中紅色的曲線由B點移動到A點。Vcc電源串聯(lián)一個電阻，對集電極電流起到限流作用。

在電子電路中的應(yīng)用分析

三極管不同的工作狀態(tài)，可以用作不同的用途。三極管工作在線性放大區(qū)，可以用來設(shè)計線性穩(wěn)壓器。工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，可以用來當作開關(guān)應(yīng)用在開關(guān)電源中。下面從以串聯(lián)型線性穩(wěn)壓源實例來說明在不同電路中起到的作用。

串聯(lián)型線性穩(wěn)壓源

圖10 串聯(lián)電壓調(diào)整器

該電路是一個穩(wěn)壓管控制的串聯(lián)型電壓調(diào)整器，輸出一個穩(wěn)定的Vz-Vbe電壓。從電路中可以看到，三極管集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏，工作在線性放大區(qū)。下面結(jié)合圖10分析該電路的工作狀態(tài)。

當負載電阻下降，負載電流通過發(fā)射結(jié)電容放電增加，此時由于三極管還未來得及調(diào)整，集電極電流不變。

由于發(fā)射結(jié)電容放電增加的電流不足以維持負載電壓不變，輸出電壓Vo的降低，導(dǎo)致Vbe增加，從而使發(fā)射結(jié)積累的電子擴散到集電區(qū)，增大集電極電流。即基極電流增加，使集電極電流增加，從而提供了負載所需要的額外電流。

當調(diào)整到穩(wěn)態(tài)后，輸出電壓會比調(diào)整之前略低。因為負載電流變大，對應(yīng)于三極管其基極電流也變大，從而相應(yīng)的Vbe也較大，所以輸出電壓Vo=Vz-Vbe也會略低。

圖11可以較好的描述串聯(lián)型線性穩(wěn)壓器在負載電流變大時，三極管的工作狀態(tài)變化。

圖11

當負載電流變小，可同樣分析。

三極管因為是NPN/PNP結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。如果要更好的應(yīng)用它，從本質(zhì)上理解其工作機理是非常有必要的。本文從半導(dǎo)體物理角度來分析三極管不同工作狀態(tài)下的機理，并以串聯(lián)型線性穩(wěn)壓源為例，分析了其工作過程。