三极管的饱和压降

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在图1所示的电路中,当调节偏置电阻R\(_{b}\),使其由最大值逐渐减小时,三极管的集电极电流IC将随基极电流I\(_{B}\)的增加而增大,它们的关系是IC≈βI\(_{B}\)。那么是不是只要IB增大,I\(_{C}\)也总是能无限地增大呢?下表是一次实验所记录的数据,从表中可以清楚地看到,当基极电流IB从0变到60微安时,I\(_{C}\)≈60IB,当IB达到70微安后,不管R\(_{b}\)值调到多小,IC都不再随I\(_{B}\)的增加而增大了,总保持4毫安不变,这种现象被称为饱和状态。在饱和状态下,通过集电极的电流称为饱和电流,用ICS表示;集电极与发射极之间的电压就是三极管的饱和压降,用U\(_{CES}\)表示。饱和压降是三极管作为开关应用时的一个重要参数。

图1
图1 🔍原图 (499×350)

大家知道:一个良好的开关在接通时,它本身的电阻很小,其上的电压降也就很小。三极管处于饱和导通状态时,就相当于开关接通的状态。在上述实验中三极管的饱和压降U\(_{CES}\)是0.05伏,仅为负载电阻上电压的千分之四(0.0511.95≈0.004),CE间的等效电阻rCE=U\(_{CES}\);ICS=0.050.004=12.5欧,与负载电阻3千欧相比,也是微不足道的,所以可作为开关。显然,U\(_{CES}\)越小,三极管在导通时的等效电阻就越小,电路的连通程序愈理想,在电源电压一定时流过负载的电流基本上由RC的阻值所决定,即I\(_{C}\)≈EC/R\(_{C}\)。反之,如果UCES值较大,三极管在导通时自身的等效电阻也较大,电路的连通程度就变差。因此,U\(_{CES}\)值的大小能反映三极管在饱和导通时电路连通的好坏。显然,UCES愈小愈好。

图2
图2 🔍原图 (924×278)

U\(_{CES}\)对一只三极管来讲,并不是一个常数,而是与三极管饱和时的饱和电流ICS的大小有关。而饱和电流主要由外电路的电阻和电源电压决定,外电路电阻越小,电源电压越高,饱和电流I\(_{CS}\)也随着增大,UCES也就越大(但并不成正比)。例如低频小功率三极管3AX81,当I\(_{CS}\)为20毫安时,UCES为0.2~0.25伏;I\(_{CS}\)为100毫安时,UCES小于0.4伏,I\(_{CS}\)为250毫安时,UCES小于0.65伏。正因为这样,晶体管手册中所列出的U\(_{CES}\)值都是对某一ICS而言的,一般手册中都标明了测试时的I\(_{C}\)值。例如开关三极管3AK20A当IC=-10毫安时,U\(_{CES}\)小于0.4伏;3AD6A,当IC=-2安时,U\(_{CES}\)小于0.8伏。

三极管用在开关电路时,如U\(_{CES}\)过大,不仅会消耗过大的功率而使管子发热,而且由于UCES过高,会使开关管输出的低电平偏离标准值,严重时甚至会破坏开关电路的逻辑关系。因此,选用三极管时,总是希望它的饱和压降越小越好。(徐达林)