三极管饱和状态详解：如何进入深度饱和？

三极管饱和状态详解：如何进入深度饱和？

三极管是电子工程领域的重要基础元件，广泛应用于放大电路和开关电路中。本文将详细介绍三极管的饱和状态及其如何进入深度饱和，帮助读者更好地理解这一重要元件的工作原理。

三极管饱和状态

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。 曲线靠近纵轴附近， 各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。 在这个区域， 不同IB值的各条特性曲线几乎重叠在一起， 即当UCE较小时， 管子的集电极电流IC基本上不随基极电流IB而变化， 这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用， IC＝βIB或ΔIC＝βΔIB关系不成立。

一般认为UCE＝UNE， 即UCB＝0时， 三极管处于临界饱和状态， 当UCE＜UBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用UCES表示。在深度饱和时， 小功率管管压降通常小于0.3V。  三极管工作在饱和区时， 发射结和集电结都处于正向偏置状态。对NPN三极管，UBE＞0， UBC＞0。

三极管如何进入深度饱和

知道三极管的工作状态很重要，对于工作在开关状态的三极管，我们不希望管子受到环境参数的影响而使得工作点产生漂移。

开关电路，三极管需要工作在可靠的饱和区中，即深度饱和。

曾有博文指出，三极管进入深度饱和区具有两个特征：IB很大或者IC很小。

三极管进入深度饱和的两种方式：

其一，确保实际IB远大于饱和临界IB(基于IC.MAX)。

注：带入公式(1)的电流增益是放大区的增益，而实际饱和区的增益很小。 这也能解释，为什么深度饱和区的基极电流比临界值要大许多，实际分母很小。

其二，确保集电极电阻很大，使得IC和VCE很小(IB不变)，让工作点沿着饱和曲线向下滑动。

有一个取巧办法，就是当VBB=VCC时，可以通过使RB大于10倍的RC，使管子进入深度饱和状态。 但是在汽车电子中，三极管经常被用作各种电源的开关，并使用MCU的数字端口驱动。 意味着三极管的驱动端VBB通常是5V，而输出端VCC接的是12V，因此取巧之法无法使用。

最可靠的办法还是，先计算出饱和最大临界IB，然后在此基础上取数倍，使得折算后的电流增益远小于放大增益(10附近)，并以此为依据。

举一个例子，如下图，管子进入深度饱和，IB远大于IB.SAT.MAX，实际增益也远小于放大增益，VOUT稳定输出0V。