深入三極體之第四篇——三極體飽和時的載流子分析

pn結正偏時呈什麼狀態

看了很多說法，感覺都沒有對三極體飽和時內部載流子的流向分析說清楚……。

看來最基本的問題，深究起來才是最難的。

在網上苦苦尋覓，找到eet論壇中的一個問答（原帖已不可訪問）回覆，算是勉強可以回答我這個疑問吧，如下：

問題：晶體三極體飽和狀態時，集電極電流Ic的實際方向是怎樣的？

釋出時間：2010-3-26 上午8：49

雙極型晶體三極體共射放大電路中，若三極體處於飽和狀態時，集電極電流ic的實際方向是怎樣的？以NPN型管子來說，共射放大電路時，若管子處於飽和狀態時，集電極電流ic的實際方向是流入集電極c呢，還是流出c呢？書中共射輸出特性曲線的ic始終為正值（飽和區也是），而ic的參考方向是取流入集電極c的，這就意味著管子飽和時，ic的實際方向也是流入c的。但是從另一方面來看，管子飽和時，集電結是正偏的，即：b極電位高於c極，相當於集電結的PN接面加了一個正向電壓，那麼按照PN接面的性質，ic的實際方向當然是流出c的，這與前面的結論（ic是流入c的）相矛盾。

該如何解釋這個矛盾呢？

第3樓 回覆主題：晶體三極體飽和狀態時，集電極電流Ic的實際方向是怎樣的？

釋出時間：2010-3-31 下午10：43

作者：劉何時

很有意思的一個問題。必須微觀分析晶體三極體才能準確解釋。至少要用勢壘、熱擴散等概念。定量分析太難，要用量子力學。。。有時間再說。要知道目前所用電路分析定律是建立統計宏觀基礎上的！

第4樓 回覆主題：晶體三極體飽和狀態時，集電極電流ic的實際方向是怎樣的？

釋出時間：2010-4-1 下午12：16

作者：劉何時

對NPN矽晶體三極體而言：

“Vce=Vbe≈0。7V”

，是電路的一種特殊工作狀態。理論上，一般把

Vce=Vbe

的狀態稱為

臨界飽和

，

Vce＜Vbe

的狀態則稱為

過飽和

。當然，小功率BJT的飽和電壓比大功率BJT的飽和電壓要小，如小功率管可以小於0。4V，而大功率管則可以在1。0V以上。飽和壓降值與三極體集電極電流大小相關，甚至於三極體所處的環境溫度關係密切，但與電晶體功率容量無關。

三極體飽和時呈現低阻抗，類似於開關接通。理論上當Ub＞0，兩個PN接面均為正偏。

Ib=Ibs時稱臨界飽和；Ib>>Ibs時稱過飽和。

Ibs為臨界飽和基極電流，Ics為臨界飽和集電極電流。

Ibs=Ics/β。由於Ics≈Vcc/Rc；所以Ibs≈Vcc/βRc。

實際飽和條件： a。 兩個PN接面正偏。 b。 Ib=Vcc/βRc臨界飽和；Ib>>Vcc/βRc過飽和，

隨著電晶體的飽和， 其集電極電壓已經不等於集電極的電源電壓，而是近似的等於發射極電壓（可能略高於發射極0。1伏，視管子的飽和壓降不同而不同）。 （Vcc不是Vc）集電結正偏， 意思為： 集電極電壓已經低於基電極電壓。 而基極電壓因為PN接面的箝位， 存在不高於0。7V的勢壘電壓。根據基爾霍夫定理， 在結點不可能有電荷堆積， 流入電晶體的電流等於從電晶體流出的電流。 這時，

發射極電壓最低， 基極電壓最高， 集電極次之

。 基極電流是流入的， 集電極電流也是流入的， 只有發射極電流是流出的。 即：不會有從基極到集電極的電流！

從三極體結構來講：在正向的Vbe電場作用下，發射極的電子注入基區，再擴散到集電結邊緣。三極體未飽和時，集電結反偏的電壓會把邊緣的電子立刻吸引到集電極。可是當電流Ib逐漸增加，Ic也增加，擴散到集電結邊緣的電子越來越多，電子濃度不斷增加，集電結反偏勢壘Vcb就會越來越小。當Ic大到使Vcb為0時，管子進入飽和，就不再有電場吸引這些結邊緣的電子了，電子只能是擴散到集電極。當Ic再增加時，Vcb<0（Vb=0。7V，Vc=0。3V）， 此時集電結就正偏了，會阻礙電子擴散了，但因為基區電子濃度太大了，電子繼續擴散到集電極，能夠滿足Ic大小的要求。

注意：Vcb<0集電結正偏並不是三極體外部電場導致的結果，而是由於基區的電子濃度遠大於集電區由電子擴散所造成的!

（我覺得， 此說法值得商榷， Vcb從放大態的正值變化到飽和態的負值， 應該主要原因是由外部電路條件決定的， Vce = Vcb + Vbe = Vcc - Ic*R， 隨著Ic的不斷增大， Vce必然不斷減小， 而由於Vbe在放大態到飽和態的變化過程中基本恆定不變， 則Vcb不斷減小， 直到進入飽和態變為負值， Ic不再繼續增大了。）

注：擴散，全稱分子擴散。在濃度差或其他推動力的作用下，由於分子、原子等的熱運動所引起的物質在空間的遷移現象，是質量傳遞的一種基本方式。以濃度差為推動力的擴散，即物質組分從高濃度區向低濃度區的遷移，是自然界和工程上最普遍的擴散現象；以溫度差為推動力的擴散稱為熱擴散；在電場、磁場等外力作用下發生的擴散，則稱為強制擴散。

劉何時 編輯於 2010-4-1 下午 12：54