晶体三极管（BJT）的开关特性

BJT的开关作用对应于触点开关的"断开"和"闭合"。如图1(a)所示为一个共发射极晶体三极管开关电路。

(a)电路	(b)工作状态图解
图1 BJT的开关工作状态

图4.2.1(a)中BJT为NPN型硅管。电阻R_b为基极电阻，电阻R_c为集电极电阻，晶体三极管T的基极b起控制的作用，通过它来控制开关开闭动作，集电极c及发射极e形成开关两个端点，由b极来控制其开闭，c.e两端的电压即为开关电路的输出电压v_O。当输入电压v_I为高电平时，晶体管导通，相当于开关闭合，所以集电极电压v_c≈0，即输出低电平，而集电极电流i_C≈V_CC/R_C。当输入电压v_I为低电平时，由图可见，晶体管截止，相当于开关断开，所以得集电极电流i_C≈0，而集电极电压v_c≈V_CC，即输出为高电平。这就是晶体三极管的理想稳态开关特性。
晶体三极管的实际开关特性决定于管子的工作状态。晶体三极管输出特性三个工作区，即截止区、放大区、饱和区,如图4.2.1(b)所示。
如果要使晶体三极管工作于开关的接通状态，就应该使之工作于饱和区；要使晶体三极管工作于开关的断开状态，就应该使之工作于截止区，发射极电流i_E=0，这时晶体三极管处于截止状态，相当于开关断开。集电结加有反向电压，集电极电流i_C=I_CBO，而基极电流i_B=-I_CBO。说明三极管截止时，i_B并不是为0，而等于-I_CBO。
基极开路时，外加电源电压V_CC使集电结反向偏置，发射结正向偏置晶体三极管基极电流i_B=0时，晶体管并未进入截止状态，这时i_E=i_C =I_CEO还是较大的。
晶体管进入截止状态，晶体管基极与发射极之间加反向电压，这时只存在集电极反向饱和电流I_CBO，i_B =-I_CBO，i_E=0，为临界截止状态。进一步加大基极电压的绝对值，当大于V_BO时，发射结处于反向偏置而截止，流过发射结的电流为反向饱和电流I_EBO，这时晶体管进入截止状态i_B = -(I_CBO I_EBO)，i_C= I_CBO。
发射结外加正向电压不断升高，集电极电流不断增加。同时基极电流也增加，随着基极电流i_B 的增加基极电位v_B升高，而随着集电极电流i_C的增加，集电极电位v_C却下降。当基极电流i_B增大到一定值时，将出现v_BE =v_CE的情况。这时集电结为零偏，晶体管出现临界饱和。如果进一步增大i_B ，i_B增大，使得集电结由零偏变为正向偏置，集电结位垒降低，集电区电子也将注入基区，从而使集电极电流i_C随基极电流i_B的增大而增大的速度减小。这时在基区存储大量多余电子-空穴对，当i_B继续增大时，i_C基本维持不变，即i_B失去对i_C的控制作用，或者说这时晶体管的放大能力大大减弱了。这时称晶体管工作于饱和状态。一般地说，在饱和状态时饱和压降V_BE(sat)近似等于0.7V，V_CE(sat)近似等于0.3V。由图4.2.1(a)可看出，集电极电流i_C的增加受外电路的限制。由电路可得出i_C的最大值为I_CM= V_CC/ R_C。晶体管进入饱和状态，基极电流增大，集电极电流变化很小，即i_C=I_CS=(V_CC-V_BE(sat))/R_C晶体管处于临界饱和时的基极电流为I_BS=I_CS/β=(V_CC-V_BE(sat))/βR_C
结论：晶体三极管工作在饱和区时，其集电结及发射结均处于正向偏置的导通状态。这时集电区和发射区的电子分别越过位垒向基区注入，基区存储了大量多余电子-空穴对而呈饱和状态。