硬件基础常识【1】--如何让BJT工作在深度饱和区

引言

学过模电或者做过一些电子作品的人都知道三极管这个器件，虽然是个小玩意，但在电路设计过程中承担了巨大的作用。BJT叫做双极结型三极管，可以认为是两个PN结结合而成的，它分为NPN型和PNP型两类。老道还记得当初被这两种类型弄得晕头转向，之前经常用S8050（NPN）和S8550（PNP），拿着它的器件经常要上网去看看b、e、c分别是哪个脚，除非你经常用或者特别用心去记忆过，建议在用之前还是要去查查对应的引脚，因为如果插反的话可能就会变成小火炉。本文不谈那些微观的载流子，也不谈三极管三种放大电路，就让它工作在饱和区和截止区，即就是当成可控的开关来使用。

BJT饱和的概念

差不多的比喻

众所周知BJT工作有截止、放大、饱和三种状态，今天只谈截止和饱和状态。将BJT当做可控的开关来使用的话，其工作原理可以形象的如下图所示。

图中采用的是NPN型三极管进行讲解，首先要注意BJT是一个电流驱动型器件，阀门的开度就是由Ib的电流大小来控制的，当Vce一定时也就是管道的大小已经确定了，管道中水流大小就比作Ic电流大小（Ic是由C到E哈），阀门从关闭到慢慢打开的过程中也就是Ib慢慢增大的过程，水流迅速变大即Ic迅速增大，当阀门完全打开水流也就达到了当前最大值，假设阀门还能无限打开，但由于管道的限制水流是不会再增大的，也就是水流达到了饱和，换而言之，开始Ic会随着Ib的增大而增大，可以简单的认为Ic=βIb（实际肯定不是线性变化的），但当达到某一临界时Ic不再随着Ib增大而增大（或者说增大得不明显），那就认为BJT达到了饱和。

特性曲线说明

从三极管的输入输出特性曲线也可看出，当Vce一定时（实际中Vce很小约几十到几百毫伏），饱和区的特征曲线可以认为是一条过原点的斜线，做x轴垂线交特征曲线于A点，A点表示在Vce一定时（很小）Ib约为50uA时，Ic约为1.5mA；Vce不变，增大Ib出现B、C、D三点，但注意在图中的Vce确定了唯一的交点A，A点不变Ic就基本不变，B、C、D三点只是为了说明Ib变化了与斜线有交点。大胆想一下，将过原点的斜线无限延伸，当Ib为几十毫安时Ic可能还为1.5mA，这就是BJT饱和的概念。
模电书中说的是当Vbe>=Vce时BJT工作在饱和区，但在实际应用中通过Vbe>=Vce来使BJT饱和其实很抽象而且不容易应用，通常大家会认为Ic=βIb时BJT进入饱和（β为BJT的直流放大倍数，器件数据手册上都有哈一般就是那个hFE，几十到几百不等），在实际应用中一般都会使Ic<<βIb（工程认为接近10倍就是远小于）使BJT进入深度饱和。

记忆NPN和PNP的小技巧- -保证一辈子不忘

只要是正规规定的BJT电路符号，图中的黑色小箭头有以下几种意义。
【1】箭头永远标在发射极一端
【2】箭头永远是由P→N
【3】箭头表示常规应用下电流方向
这样去记忆：左图箭头由P→N，那中间就是P，自然就是NPN咯；右图箭头由P→N，那中间就是N，自然就是PNP咯。
小知识：NPN和PNP工作在饱和区的原理一模一样，只是NPN的Ib是从b→e，PNP的Ib是从e→b

PNP的开关电路这样画就好了，低电平导通，高电平截止；下一篇会讲电阻的具体作用和怎样调整参数。

简单估算

首先明确我们的BJT需要工作在饱和区，前面讲解过当BJT处于饱和区的时候Vce很小几十到几百毫伏，在估算的时候我们通常会忽略Vce，Ic=5V/10KΩ=0.5mA；这边发射极正偏，硅管压降约0.7V，R2是一个很大的电阻与导通的PN结电阻并联，我们认为它是断路，将它的电流忽略掉，Ib=（3.3V-0.7V）/1kΩ=2.6mA，估计BJT的β为200，满足Ib·β=2.6mA·200=520mA>>Ic=0.5mA，BJT工作在深度饱和区。

总结

BJT是电流驱动型器件，将BJT当成开关来使用即是让BJT工作在截止区和饱和区（尽量在深度饱和区才不会出错），此时Vce通常是非常小的，通过简单估算来确定限流电阻的取值，根据Ic<<βIb的工程经验从而确保BJT工作在深度饱和区。

备注：小白理解，不喜勿喷，欢迎大家批评指正