【导读】工程师一定不会陌生三级管开关电路，对于他们来说，三极管是他们经常接触的电子元器件，当然，第一次接触三极管开关原理，肯定需要进行归纳总结，以便初学者更好的加深印象。

图1
 

形象记忆法 ：

学过能量守恒定律的我们都知道，能量不会无缘无故的产生，所以由此可见三极管一定不会产生能量。它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流控制大电流。假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。

我们可以这样形容这个过程：这里我们可以设定Ube是小水流，Uce是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。如果水流处于可调节的状态，这种情况就是三极管中的线性放大区。如果那个小的阀门开启的还不够，不能打开大阀门，这种情况就是三极管中的截止区。如果小的阀门开启的太大了，以至于大阀门里放出的水流已经到了它极限的流量，这种情况就是三极管中的饱和区。但是你关小小阀门的话，可以让三极管工作状态从饱和区返回到线性区。如果有水流存在一个水库中，水位太高(相应与Uce太大)，导致不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的反向击穿。PN结的击穿又有热击穿和电击穿。当反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率，直至PN结过热而烧毁，这种现象就是热击穿。电击穿的过程是可逆的，当加在PN结两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复原来的状态。电击穿又分为雪崩击穿和齐纳击穿两类，一般两种击穿同时存在。电压低于5-6V的稳压管，齐纳击穿为主，电压高于5-6V的稳压管，雪崩击穿为主。电压在5-6V之间的稳压管，两种击穿程度相近，温度系数最好，这就是为什么许多电路使用5-6V稳压管的原因。

学过模电的人应该都遇到过，模拟电路中一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。比如用单片机外界三极管驱动数码管时，确实会对单片机管脚输出电流进行一定程度的放大，从而使电流足够大到可以驱动数码管。但此时三极管并不工作在其特性曲线的放大区，而是工作在开关状态(饱和区)。当单片机管脚没有输出时，三极管工作在截止区，输出电流约等于0。在制造三极管时，要把发射区的N型半导体电子浓度做的很大，基区P型半导体做的很薄，当基极的电压大于发射极电压(硅管要大0.7V，锗管要大0.3V)而小于集电极电压时，这时发射区的电子进入基区，进行复合，形成Ie；但由于发射区的电子浓度很大，基区又很薄，电子就会穿过反向偏置的集电结到集电区的N型半导体里，形成Ic；基区的空穴被复合后，基极的电压又会进行补给，形成Ib。
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理论记忆法：

下面我们来说一下理论记忆法，根据下图我们可以设定三极管的发射结和集电结均为反向偏置(VBE<0，VBC<0)，只有很小的反向漏电流IEBO和ICBO分别流过两个结，故iB≈ 0，iC≈ 0，VCE ≈ VCC，对应于下图中的A点。这时集电极回路中的c、e极之间近似于开路，相当于开关断开一样。BJT的这种工作状态称为截止。 

图2
 

根据示意图可知，当发射结和集电结均为正向偏置(VBE>0，VBC>0)时，调节RB，使IB=VCC / RC，则BJT工作在上图中的C点，集电极电流iC已接近于最大值VCC / RC，由于iC受到RC的限制，它已不可能像放大区那样随着iB的增加而成比例地增加了，此时集电极电流达到饱和，对应的基极电流称为基极临界饱和电流IBS，而集电极电流称为集电极饱和电流ICS(VCC / RC)。此后，如果再增加基极电流，则饱和程度加深，但集电极电流基本上保持在ICS不再增加，集电极电压VCE=VCC-ICSRC=VCES=2.0-0.3V。这个电压称为BJT的饱和压降，它也基本上不随iB增加而改变。由于VCES很小，集电极回路中的c、e极之间近似于短路，相当于开关闭合一样。BJT的这种工作状态称为饱和。由于BJT饱和后管压降均为0.3V，而发射结偏压为0.7V，因此饱和后集电结为正向偏置，即BJT饱和时集电结和发射结均处于正向偏置，这是判断BJT工作在饱和状态的重要依据。下图示出了NPN型BJT饱和时各电极电压的典型数据。

图3
 

因此我们可以得出结论，那就是在开关电路中三极管相当于一个由基极电流所控制的无触点开关。三极管处于放大状态还是开关状态要看给三极管基极加的电流Ib(偏流)，随这个电流变化，三极管工作状态由截止-线性区-饱和状态变化而变。BJT截止时相当于开关“断开”，而饱和时相当于开关“闭合”。NPN型BJT截止、放大、饱和三种工作状态的特点列于下表中。

图4