三极管有哪几种工作状态？---壹倍达电机小课堂

一、先划定讨论范围

本文只谈双极型结型三极管（BJT），不谈MOSFET、IGBT。

以常用的NPN硅管为例，PNP只需把电压电流方向全部反转即可。

判断状态的两把尺子：

1 VBE是否大于开启电压（硅管约0.6~0.7 V）；

2 IC是否随IB线性变化（β值是否恒定）。

用这两把尺子去量，BJT在电路里其实只有四种“正经”工作状态：截止、放大、饱和，以及常被忽略的反向放大。下面逐条拆开。

二、截止状态：门还没开，水里没鱼

条件：VBE＜0.5 V（25 ℃时），IB≈0，IC≈0。

特点：

• 发射结反偏或零偏，集电结反偏；

• 管子像断开的开关，CE两端电压≈电源电压；

• 功耗PC≈IC×VCE≈0，是“最省电”的模式；

• 温度升高时，漏电流ICEO会长大，每升高10 ℃翻倍，高温下仍要保证IC＜规格书里的“截止漏电流”——通常是μA级。

实验一眼辨认：示波器探头点在集电极，波形是一条贴着电源轨的直线，纹丝不动。

典型应用：MCU GPIO口驱动LED前先关断、H桥死区时间、电源防反接保护。

三、放大状态：门开一半，鱼成群但可控

条件：VBE≈0.6~0.7 V，且IC=β×IB，β基本恒定（中低频时）。

特点：

• 发射结正偏，集电结反偏；

• 小电流IB控制大电流IC，比例系数就是直流增益β；

• 交流信号可以“骑”在直流工作点上，电压增益Av≈-gm×RC，gm=IC/26 mV（室温）；

• 功耗PC=IC×VCE，处于“中等”水平，是线性稳压器、音频功放、模拟前端最熟悉的区间。

实验辨认：输入1 kHz正弦，输出也是正弦，相位倒180°，没有削顶，峰值随IB线性增减。

温度陷阱：β会随温度升高而升高，每升高1 ℃约增0.5 %~1 %，设计偏置电路时要引入“RE负反馈”或“分压稳流”做温度补偿，否则Q点会跑掉。

四、饱和状态：门全开，鱼堵门

条件：VBE≥0.7 V，但VCE＜VBE（即集电结也正偏），IC＜β×IB。

特点：

• 发射结正偏，集电结也正偏；

• IC不再随IB增加而增加，被外电路RC“掐住脖子”；

• VCE降到最小值——饱和压降VCES，小功率管0.2 V，大电流达林顿0.8 V；

• 功耗PC=IC×VCES，可以做到很低，是“开关稳态”最想要的样子；

• 退出饱和需要时间——存储时间ts，因为少子在基区堆积，高速开关电路必须加“反向肖特基钳位”或“贝克钳位”抽走电荷。

实验辨认：集电极波形被按在地上（接近0 V），输入再大IB也不动弹；用万用表测VCE≈0.2 V。

典型应用：继电器驱动、DC-DC同步整流、H桥低边开关。

五、反向放大状态：把集电极当发射极，发射极当集电极

条件：把C、E两脚对调，VBE仍正偏，但β反只有正常β的1/5~1/10。

特点：

• 增益低，但 leakage 更小，截止漏电流比正向小一个量级；

• 饱和压降也更低，可低到0.1 V；

• 频率特性变差，因为原集电区掺杂低，变成“发射极”后注入效率低；

• 常被用来“凑合”做低漏电开关，或在高精度比较器里做温度补偿。

实验辨认：用万用表二极管档，红表笔接原集电极、黑表笔接原发射极，也能测到0.6 V压降，只是放大倍数惨不忍睹。

注意：规格书一般不保证反向β，高速或高增益场景别用。

六、四种状态在一条直流负载线上的“全景图”

把IC-VCE坐标系画出来，可得到一条斜率为-1/RC的直流负载线。

从下往上：

• 截止区——IC≈0，VCE=VCC，贴在横轴上方；

• 放大区——IC随IB线性增加，VCE从VCC下降，线段居中；

• 饱和区——IC被RC限制，VCE≈VCES，贴在纵轴右侧；

• 反向放大——镜像到第一象限左侧，只是比例缩小。

任何瞬态波形，都是在这根线上来回“跑步”：音频信号在放大区来回，PWM开关在截止-饱和之间跳变。

七、如何快速判断电路里到底处于哪一区？

1 先量VBE

＜0.5 V→截止；

0.6~0.7 V且IC=βIB→放大；

≥0.7 V但VCE＜0.2 V→饱和。

2 再量VCE

≈VCC→截止；

在电源中点→放大；

≈0.2 V→饱和。

用万用表或示波器两步就能定位，比背口诀更快。

八、实战误区与温度陷阱

误区1：把“饱和”当“导通”

饱和只是“ deepest 导通”，导通之前还有放大区，设计继电器驱动时若只给IB=1 mA，可能还在放大区，VCE=1 V，继电器吸合不稳。

正确做法：按IC(sat)=VCC/RC，再取过驱动系数2~5，算IB≥IC(sat)/βmin×2。

误区2：认为“β越大越好”

高β管放大区增益大，但饱和区存储电荷也多，ts长，高速开关反而慢；高速场景应选中β（100~200）或贝克钳位。

温度陷阱：

• VBE温度系数-2 mV/℃，100 ℃时开启电压降到0.4 V，低温-40 ℃升到0.9 V，宽温电路要留0.1 V裕度；

• β每升高1 ℃+0.5 %~1 %，75 ℃时β可升50 %，偏置电路必须加发射极电阻或DC负反馈，把温漂吃掉。

九、总结口诀（方便现场工程师贴墙）

截止：VBE＜0.5 V，IC≈0，开关断开；

放大：VBE≈0.7 V，IC=βIB，线性放大；

饱和：VBE≥0.7 V，VCE＜0.2 V，开关闭合；

反向：CE对调，β反低，漏电小，只做特殊开关。

量VBE→量VCE→两步判定，永不迷路。

十、写在最后

三极管看似古老，却把“开关”与“放大”两种极端需求融进一颗三端器件。搞清截止、放大、饱和、反向四种状态，就等于拿到一把万能钥匙——音频信号能听，PWM开关能斩，稳压器能稳，保护电路能护。

下次再看到电路图，不妨先问自己：这颗管子此刻在哪条区间跑步？答案对了，波形、温升、寿命自然都在可控范围之内。愿这份笔记能成为你调试桌上的小便签，让三极管在你手里永远跑在正确的区域。

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