第4章
合理設置三極管的工作狀態(tài)：小目標

基區(qū)的國王之所以能夠從“幕后”控制發(fā)射區(qū)的兵力，是因為存在合理的偏置電路能夠使三極管處于放大狀態(tài)，繼而贏得戰(zhàn)爭的最終勝利。然而，偏置電路是由閱讀本書的你所提供的。無論三極管內部燃起了多大的“戰(zhàn)火”，它們都是在你設定的規(guī)則下進行的（當然，基區(qū)的國王并不知道，還以為主宰這個世界的是自己），其實你才是真正的大贏家。然而，并不是每個人都擅長于設定規(guī)則，不深諳此道的初學者稍不留神可能就會鎩羽而歸，因為三極管除了放大，還有其他3種將令你永遠無法凱旋的狀態(tài)，即截止（Cut-Off）、飽和（Saturation）和倒置/反向放大（Reverse-Active）。

當直流電源VBB反向施加在三極管的發(fā)射結而使其不導通時，基極電流IB是非常小的（可以近似認為是0），發(fā)射區(qū)能夠注入到基區(qū)的電子會非常少。盡管集電結仍然還是反向偏置的，但是能夠從基區(qū)吸附過來的電子也很少，這樣就會導致集電極電流IC也非常小，三極管B-E和C-E之間均呈現高阻狀態(tài)，輸入與輸出回路都是不導通的，我們稱此時的三極管處于截止狀態(tài)，如圖4.1所示。

當然，就算你連接的VBB是正向偏置的，由于發(fā)射結都有一定的死區(qū)電壓Vth，如果施加的正向偏置電壓不足以使發(fā)射結導通，那么IB也會非常小，三極管也將處于截止狀態(tài)，如圖4.2所示。

綜合以上兩種情況，我們把三極管發(fā)射結的正向壓降小于死區(qū)電壓Vth，而集電結仍然處于反偏狀態(tài)時的工作區(qū)域稱為截止區(qū)，可使用下式表達：

VBE<Vth，VCE>VBE 　（4.1）

有人不耐煩地說：哎呀，好了，知道了，我按你給的電路圖提供VBB=5V的電源不就行了嘛！但是這還遠遠不夠，如果電阻RB的取值不適當也可能會出問題。例如，RB的阻值選得非常大，這樣盡管你有5V的電源，但由此產生的IB仍然可能會非常小，也有可能會導致三極管進入截止區(qū)，因為輸入回路同樣是不導通的。

相反，如果RB的阻值選擇得過小，三極管也有可能無法進入放大狀態(tài)，因為此時的IB會非常大，經過三極管放大后的IC也會非常大，所以電阻RC兩端的壓降也就很大了，繼而導致三極管C-E之間的壓降VCE非常小。從輸出回路來看，VCE就等于電源VCC減去電阻RC兩端的壓降，電阻RC兩端的壓降越大，VCE自然就會越小。一旦VCE下降到比VBE還要小時，三極管已經不在放大狀態(tài)了，因為集電結已然不再是反向偏置的了，如圖4.3所示。

我們把三極管的發(fā)射結處于正偏，而集電結也處于正偏時對應的工作區(qū)域稱為飽和區(qū)，可使用下式來表達：

VBE>Vth，VCE<VBE 　（4.2）

為什么稱為飽和呢？三極管（處于放大狀態(tài)）對基極電流IB的放大可以理解為集電極從電源VCC吸入不同電流的過程。例如，IB上升時，IC也會相應上升，這就相當于集電極吸入更多的電流。而當IB下降時，相當于集電極吸入比較小的電流，而這種吸入不同電流的能力是通過改變三極管C-E之間的壓降VCE獲得的。當三極管處于飽和狀態(tài)時，就算你再提升IB，相應的IC也不再有很大的變化，因為電源VCC幾乎已經全部施加在電阻RC的兩端了，相應的IC也已經達到了最大值，就像已經吸滿水的海綿一樣，它沒有辦法再吸水了，如圖4.4所示。

三極管處于飽和狀態(tài)時，其C-E之間的壓降VCE是很小的，所以無法根據基極電流IB的變化（通過改變VCE）從電源VCC吸入不同的集電極電流IC。此時，IC與IB不再是比例變化的關系，這樣三極管也就脫離了放大區(qū)。我們把三極管處于飽和狀態(tài)時C-E之間的壓降稱為飽和壓降，用符號VCE（sat）表示，其中“sat”就是飽和的意思。小功率三極管的VCE（sat）一般小于0.4V，大功率三極管的VCE（sat）為1～3V。

當然，你可能會想：那就提升RC的阻值限制一下集電極電流吧，這樣應該就可以避免三極管進入飽和區(qū)了。很遺憾，你的修改思路是錯誤的，這個時候更不應該再提升RC的阻值了，因為三極管已經飽和了，再提升RC就會進入深度飽和狀態(tài)了。

又有人說：那就把電阻RC的阻值改小點唄！但如果你只是單純地調整RC，而不把基極電流IB降下來，偏置電路同樣也無法讓三極管處于相對合理的狀態(tài)。

也就是說，在選定兩個供電電源之后，關鍵是怎么樣選擇合適的電阻RB與RC，這兩個電阻存在的目的就是限制流過相應電極的電流。我們把基極串接的限流電阻RB稱為基極電阻，而把集電極串接的限流電阻RC稱為集電極電阻。當然，如果以后你看到發(fā)射極串接了一個電阻，也可以把它稱為發(fā)射極電阻。

換句話說，不要以為按照圖3.5所示的電路依葫蘆畫瓢給三極管連接電阻跟電源就完事了。雖然從理論上來講能夠滿足“發(fā)射結正偏，集電結反偏”的條件，但是如果RB與RC的阻值選得太過離譜，也會讓三極管無法進入放大狀態(tài)。退一萬步來講，就算你碰巧讓三極管真的處于放大區(qū)了，而在實際應用中，基極電流總是變化的。所以，很有可能當基極電流比較大的時候三極管就進入飽和區(qū)了；而當基極電流比較小的時候三極管又進入截止區(qū)了。而我們設計放大電路的目標是：無論輸入電流的變化是最大值還是最小值，承擔電流放大任務的三極管始終都應該是處于放大狀態(tài)的。因此，在設計三極管的偏置電路時也需要仔細分析，不是想當然就可以的，弄得不好就會很容易進入飽和或截止狀態(tài)。本來基極電流是呈正弦波變化的，經過放大后集電極電流交流分量也應該是呈正弦波變化的，讓你這么一擺弄，輸出可能就面目全非了，如圖4.5所示。

這還能叫作信號放大嗎？我們把這種輸出信號沒有按輸入信號進行比例放大的現象稱為信號或波形失真（Waveform Distortion）。通俗地說，就是失去了原來真實信息的信號。

所以，對于現階段的我們，還不到將電子產品中看似神秘的三極管放大電路的工作原理弄明白的時候，得一步一步來，先定一個小目標，想盡一切辦法（通過選擇合適的電阻RB與RC）給三極管提供合適的基極與集電極電流。

那我們具體應該怎么做呢？RB與RC的組合有千千萬萬，怎么才能夠保證你的選擇是合理的呢？前面已經提到過三極管的整個放大過程，也就是發(fā)射結電壓的變化引起基極電流的變化，最后控制集電極電流變化。那么，有一種思路比較簡單，那就是：對輸入變化的電流進行放大，本質上就是對某一個范圍內的電流進行放大。例如，我們要對最大值為50μA的電流進行放大，那肯定需要對10μA、20μA、30μA、40μA直至50μA的電流值都能夠分別進行放大。當然，你也可以更進一步細分，如1μA、2μA、3μA直至50μA，而正常放大后的電流波形應如圖4.6所示。

行！那我就按圖4.7所示的電路搭建一個新電路，電阻的參數由你自己定。如果走運的話，可能參數合理，也有可能根本不能用，但是沒有關系，我有辦法讓這些參數最后調整到相對合理的狀態(tài)。

為了數據計算的簡便，這里我們假設三極管的共射電流放大系數β=100，電源VCC=12V，發(fā)射結死區(qū)電壓及正向導通壓降均為0V，并且通過調整電源VBB（0.1～6V）獲得一定范圍內變化的基極電流IB（本例需要的IB最大值為50μA）。

接下來分兩個步驟進行操作，先來確定基極電阻RB的阻值。我們將其設置為1kΩ～1MΩ之間的一些阻值來測試IB是否在正常范圍內，如1MΩ、100kΩ、10kΩ和1kΩ，先確定一個大致的阻值，后續(xù)有需要再微調。

從輸入回路可以得到IB的表達式如下：

式（4.3）中已經假設VBE=0V，將已知的數據代入后可得到相應的IB，如表4.1所示為不同RB對應的IB。

從表4.1中的數據可以看到，當RB=1MΩ且VBB從0.1V到6V變化時，IB的變化量太小，其最大值還沒有超過10μA。而我們需要IB的最大值為50μA，所以1MΩ的電阻RB顯然不太適合，原因就是RB過大而導致IB過小的。

當RB=100kΩ時，IB還是比較合適的，它的變化范圍包括了50μA，可以考慮使用；當RB=10kΩ時，也還是可以用的，畢竟IB的變化范圍也包括了50μA，盡管變化量有些大，但我們現在都還只是“菜鳥”，暫時還找不到充分的理由認為它不合適，所以也可以考慮使用它，寧枉勿縱嘛；當RB=1kΩ時，很明顯就不太適合了，IB的變化量實在是太大了，VBB電壓改變一點點就超過100μA了，所以不考慮使用。

也就是說，到目前為止，我們認為經過第一次的數據計算后，RB為100kΩ或10kΩ都算是可以使用的，那么這兩個阻值哪一種最好呢？我們再分析集電極電阻RC的取值情況。

當RB=100kΩ時，集電極電阻RC該如何確定呢？我們使用老辦法，將其設置為1kΩ～1MΩ之間的一些阻值，還是取1MΩ、100kΩ、10kΩ和1kΩ，同樣可獲得相應的數據，如表4.2所示為RB=100kΩ時相應的計算數據。

有些人一看到數據表格就暈了，其實很簡單。由于我們假設RB=100kΩ，所以IB的數據都是一樣的，而三極管的電流放大系數也是一樣的（100），所以IC也都是一樣的。我們唯一要做的工作是：根據輸出回路計算三極管C-E之間的壓降VCE，也就是電源VCC減去電阻RC兩端的壓降，即

VCE=VCC-IC·RC 　（4.4）

大家注意表格中字體加粗的數據，它們都是帶負號的。我們的供電電壓是+12V，理論上不可能出現負電壓，這到底是什么情況呢？實際上，出現負電壓就表明此時RB與RC的阻值配置已經使三極管進入了飽和區(qū)。原因不外乎有兩種：不是因為IC太大，就是因為RC太大。因為這兩個值的任意一個太大，電阻RC兩端的壓降就會變大，很容易就會使VCE非常小，繼而使集電結處于正偏狀態(tài)，從而使三極管進入飽和區(qū)。

例如，當IC=100μA時，雖然電流值并不大，但是當RC的阻值為1MΩ時，它們的乘積就是100V，有點嚇人吧。同樣，當RC=10kΩ時，雖然阻值并不是很大，但是部分集電極電流已經達到數毫安，所以兩者的乘積有些已經超過12V了。

之所以計算出負電壓，是因為我們假定三極管是處于放大狀態(tài)的，而事實上卻可能并非如此，因為電阻RC兩端的壓降即便是滿打滿算的，“撐死”也就只有12V，而VCE最小也不可能低于0V。

從這4組數據可以看出，在IB一定的情況下，如果RC的阻值越大，則三極管越容易進入飽和區(qū)，這與我們之前的推測是非常吻合的。當RC=1kΩ時，還沒有出現飽和現象；當RC=10kΩ時，已經出現部分飽和；當RC=100kΩ時，大部分已經出現飽和；而當RC=1MΩ時，全部都已經出現飽和了。也就是說，當RB=100kΩ時，只有RC=1kΩ是比較理想的配置。

那么這個組合是不是最理想的呢？說不定RB=10kΩ會更好一些呢？我們同樣來觀察一下對應的計算數據，如表4.3所示為RB=10kΩ時對應的計算數據。

“我的上帝”，每一組數據都出現了負值，表示它們都已經出現飽和現象了。原因在于RB的阻值太小，這樣IB就會過大，從而導致IC和RC兩端的壓降過大，很容易使三極管進入飽和狀態(tài)。

所以，我們可以最終確定的阻值組合是：RB=100kΩ，RC=1kΩ。如果你想進一步確定兩個電阻的精確值，可以重復上面的步驟進一步縮小阻值范圍。實際上，我們對這些數據進行對比的目的就是觀察偏置電路在各種阻值配置的情況下，三極管的外部特性是怎么樣的，從而根據得到的電流與電壓數據就可以初步判斷哪種配置是相對比較合理的。

有人可能會說：這也太麻煩了吧。設計一個偏置電路還要弄這么多數據！確實是挺麻煩的，這種辦法雖然是可行的，但是市面上的三極管型號那么多，你總不能逐個去測試這些數據吧。很明顯，不可能，有些通用的方法能夠讓我們更方便地確定RB與RC。這就是接下來要提到的三極管的輸入特性曲線與輸出特性曲線，如圖4.8所示為三極管輸入與輸出特性曲線的測試電路。

三極管輸入與輸出特性曲線測試電路的基本原理與我們剛剛進行的數據計算是一樣的，就是對三極管的輸入或輸出回路施加一定的電壓，測試相應電流，然后把數據記下來繪成曲線，沒有什么區(qū)別，只不過比我們剛才手動計算更專業(yè)、更實用一些而已。

先來了解一下三極管的輸入特性曲線，它是當三極管C-E之間的壓降vCE為常數時，施加在三極管B-E之間的壓降vBE與由此產生的基極電流iB之間的關系，通常用下式來表達：

我們很早就提過，三極管的發(fā)射結其實相當于一個二極管，所以三極管的輸入特性曲線與二極管的伏安特性曲線差不了多少。有所不同的是，它與vCE有一定的關系。某NPN型硅管的輸入特性曲線如圖4.9所示。

當vCE=0V時，相當于三極管的C-E之間是短接的，此時的三極管就相當于兩個同向并聯(lián)的二極管，所以它的輸入特性曲線與二極管的伏安特性曲線是相似的。

當vCE>0V時，輸入特性曲線會往右平移，因為當vCE=0V時，基極電流相當于流過兩個二極管中的電流的總和，而一旦vCE慢慢開始增加，流過集電結中的電流就會下降。換言之，在原來相同的vBE電壓下，基極電流iB減小了，在輸入特性曲線上的表現就是往右平移了。

前面我們提到過二極管都有一個開啟電壓vth，當vCE上升到接近vBE時（如0.5V），集電結是不導通的，流過集電結的電流近似為0。而當vCE>vBE后，集電結開始處于反偏狀態(tài)，發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的一部分電子就被吸附到了集電區(qū)，輸入特性曲線會進一步向右平移。但是，當vCE>1V之后，集電結兩端的反偏電壓足以將絕大部分電子吸附到集電區(qū)，所以更大的vCE對應的輸入特性曲線可以認為是重合的，整個過程如圖4.10所示。

需要注意的是：在三極管正常工作的時候，發(fā)射結正向壓降vBE的變化不會太大，但基極電流iB的變化會比較大，而輸入多出的電壓自然是施加在基極限流電阻RB兩端的電壓。

再來看看輸出特性曲線，它是在保證基極電流iB為常數的情況下，三極管C-E之間的壓降vCE與集電極電流iC之間的關系，我們通常使用下式來表達：

例如，我們先設定一個基極電流iB，然后通過調整電源VCC來改變vCE，這樣就可以得到類似如圖4.11所示的一條曲線。

這條曲線的解讀思路在討論輸入特性曲線時已經提過了。當vCE比較小時，三極管的集電結是正向偏置的狀態(tài)（飽和狀態(tài)），集電區(qū)從基區(qū)吸附過來的電子很少，從而導致集電極電流也比較小。當vCE持續(xù)增大時，iC增加得也很快，因為吸附到集電區(qū)的電子將隨vCE的增加而增加。但是，當vCE超過一定的數值后，集電結的電場已經足夠強，并且基區(qū)的大部分電子都已經被吸附到了集電區(qū)，所以即使vCE再提升，iC的增加量也并不多，此時三極管已經處于放大狀態(tài)。

當我們設置多個不同的iB進行相同的測試后，就能夠得到如圖4.12所示的輸出特性曲線。

輸出特性曲線包含了很多有用的信息，如直流與交流放大系數，并且前面提過的三極管的狀態(tài)也可以從特性曲線中看出來。當iB≤0時，三極管的集電極電流iC也很小，相應的區(qū)域稱為截止區(qū)；當vCE比較小時，由于集電結處于正向偏置狀態(tài)，所以三極管處于飽和區(qū)，只要vCE有所上升，集電區(qū)從基區(qū)吸附的電子就會有很大的提升，因此iC的提升也會非常快；但是，當vCE增大到一定程度時，三極管的集電結因處于反偏狀態(tài)而進入放大區(qū)，基區(qū)的大部分電子都已經進入集電區(qū)，此時增加vCE對iC的影響很小了。放大區(qū)的iB與iC呈現比例關系，即一個基極電流對應一個集電極電流，iC幾乎不再受vCE的影響。

有人說：看起來三極管的放大區(qū)域還是挺大的。其實這并不都是三極管在放大狀態(tài)時所有可以使用的區(qū)域，還有幾個極限參數需要考慮。實際應用時不應超過相應值，否則三極管很有可能會被損壞。

首先，由于集電結處于反偏狀態(tài)，所以我們要保證三極管能夠正常工作，施加在三極管C-B之間的電壓則不應該過大，否則集電結可能會被擊穿。我們使用V（BR）CBO來標記集電結反向擊穿電壓，具體來講，它是當發(fā)射極開路時測量得到的三極管C-B之間的最大反向擊穿電壓，其測試電路如圖4.13所示。

我們以在三極管C-B之間施加電流源并調整電流源（而不是電壓源）的方式來測量對應的V（BR）CBO，這樣可以避免三極管被擊穿后產生過大的電流而被燒毀。通常普通三極管的V（BR）CBO約為幾十伏，高反壓管可達數百伏甚至上千伏。

其次，雖然發(fā)射結在三極管正常工作的情況下處于正向偏置狀態(tài)，但是仍然要關注可能（意外）出現的反向偏置電壓。我們用V（BR）EBO來標記發(fā)射結反向擊穿電壓，其測試電路如圖4.14所示。

需要特別注意的是：普通三極管的V（BR）EBO只有幾伏，有的甚至還不到1V。原因在于三極管的發(fā)射區(qū)是高摻雜的，所以形成的有效PN結是很薄的，如圖4.15所示為三極管的發(fā)射結。

我們前面提過，PN結比較薄時容易產生齊納效應的擊穿現象，而齊納擊穿電壓一般不大于7V。需要明確指出的是，發(fā)射結被擊穿是毀滅性的（對于集電結卻并非如此），此時三極管的β將永久性地變小。雖然這并不妨礙發(fā)射結在集成電路設計中作為穩(wěn)壓管產生參考電壓（因為在這種應用中，我們通常也并不關心β下降帶來的影響），但是對于放大電路應用中發(fā)射結的反向偏置電壓可能會超過VBR（EBO）的場合，必須添加保護電路。三極管常用的兩種保護電路如圖4.16所示。

在圖4.16（a）所示的電路中，當三極管的發(fā)射結出現過高的反偏電壓時，二極管VD1因正向偏置而導通，由于導通后的壓降不大于1V，所以施加到VT1的反向偏置電壓不會超過V（BR）EBO。

在實際應用的電路中，還有可能會出現三極管的發(fā)射極電位比集電極電位更高的現象，由于三極管相當于兩個背靠背連接的二極管，此時集電結是正向偏置的，所以反向電壓幾乎全部施加在發(fā)射結的兩端，如圖4.17所示為發(fā)射結的另一種反向偏置狀態(tài)。

為了避免發(fā)射結被反向電壓擊穿，可以在三極管的C-E之間反向并聯(lián)一個保護二極管，如圖4.16（b）所示，我們將會在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中看到這種保護電路的實際應用。

再次，三極管的C-E之間能夠承受的電壓也不是無限的。當vCE增加到一定程度時，三極管也有可能會被擊穿，我們使用V（BR）CEO來標記。具體來講，它是當基極開路時測量得到的三極管的C-E之間允許施加的最大電壓。

細分起來，存在幾種不同的C-E擊穿電壓，它們分別為V（BR）CEO、V（BR）CER、V（BR）CES和V（BR）CEX。不同C-E擊穿電壓的測試電路如圖4.18所示。

這些擊穿電壓的大小通常有如下關系：

V（BR）CEO<V（BR）CER<V（BR）CES<V（BR）CEX　（4.7）

在數據手冊中一般都會給出V（BR）CEO。在實際應用中，雖然大多數三極管的基極對地都會連接（或等效為）一個電阻，此時對應的C-E擊穿電壓為V（BR）CER，但是由于VBR（CEO）<V（BR）CER，所以把VBR（CEO）作為極限值是不會有問題的。

同樣，集電極電流IC也不可能是無限大的。當三極管的集電極電流IC比較大的時候，會出現這樣一種情況，即如果再繼續(xù)增加IC，β就會開始下降。我們用ICM表示當β下降到正常值的2/3時所允許的最大集電極電流。雖然集電極電流超過ICM并不至于使三極管立刻損壞，但是β的明顯下降會影響電流放大的質量（出現失真）。一般小功率管的ICM約為幾十毫安，大功率管的ICM可達數安以上。圖4.19顯示了某三極管的β與IC（以及溫度）之間的關系。

另外，在三極管正常工作時，三極管的C-E之間總會有一定的壓降，并且集電極電流也肯定不為0，由于它們的乘積就是三極管消耗的功率，這些功率以熱能的方式被消耗掉，所以會導致三極管集電結的結溫升高。通常我們使用PCM表示集電極最大的允許功耗（或耗散功率），超過PCM時三極管的性能會變差，甚至會被燒毀。

包含極限參數的輸出特性曲線如圖4.20所示。

我們把極限參數ICM、V（BR）CEO和PCM對應曲線包含的區(qū)域稱為安全工作區(qū)（Safe Operating Area, SOA），在實際中對三極管進行選型時，不應該超過安全工作區(qū)。這樣，去除飽和區(qū)與截止區(qū)，剩下能夠用于放大的區(qū)域已經不是我們原來想象的那么大了。

從以上內容可以看到，輸入與輸出特性曲線可以比較全面地體現三極管處于放大狀態(tài)時對應的電壓與電流參數，這樣我們也就可以快速而合理地設置三極管的工作狀態(tài)了。假設某三極管的輸入與輸出特性曲線如圖4.21所示，同樣給圖4.7所示的電路選擇相應的基極電阻RB與集電極電阻RC。

由于iB的最大值為50μA，而VBB的最大值為6V，所以我們可以計算出RB約為120kΩ。50μA對應的iC約為5mA，為了避免三極管進入飽和區(qū)，我們假設VCE為6V，這樣就可以計算出RC約為1.2kΩ。也就是說，三極管偏置電路中的RB可以根據輸入特性曲線來設置。同樣的，在確定集電極電阻RC的時候，在保證三極管不進入截止或飽和狀態(tài)（且處于安全工作區(qū)域以內）的情況下，只需要根據輸出特性曲線設置即可，這樣就不會將iC設置得過大或過小。

仔細想來，好像跟我們手動計算的差別并不大，但特性曲線還可以反過來直觀地判斷：我們選擇的三極管型號是否符合放大電路的要求。例如，需要對1mA的基極電流進行放大，這個特性曲線對應的三極管可能就無法勝任了。

討論了這么多關于輸入與輸出特性曲線相關的內容，那它與最開始的手動計算來選擇電阻組合的配置方式有什么關系呢？實際上，之前所有計算的數據都隱含在這兩個曲線里面，如圖4.22所示。

我們之前計算三極管放大電路的主要數據包括基極電流iB、集電極電流iC和C-E之間的壓降vCE。當我們在輸入回路中確定了一個基極電流iB1的時候，被三極管放大后，會有一個集電極電流iC1和一個vCE1。同樣的，確定一個iB2的時候，也有對應的iC2與vCE2。每確定一個iB，就有一個對應的iC與vCE。

然而，有人可能還存在一個疑問：雖然特性曲線能夠協(xié)助我們將三極管配置為放大狀態(tài)，但是能夠滿足要求的RB與RC組合仍然非常多。例如，iB=50μA時，vCE設置在3～10V之間似乎都可以，那到底在哪種情況下是最佳的呢？這貌似是個很有水平的問題。就相當于你在說，我希望技術水平最佳，希望全國人民的生活水平最佳。但關鍵的問題是什么才是最佳呢？如果不先弄明白這個問題，就算你設計的放大電路確實處于最佳狀態(tài)，你也無法覺察到。所以現階段討論“最佳”的問題還為時尚早，后續(xù)我們再會吧。

前面討論的關于三極管的電氣參數只是其中一部分，我們來閱讀一下型號為2N2222A的三極管的部分數據手冊，如表4.4所示。

在最大額定值（極限參數）中，電極之間的擊穿電壓的測試條件使用相應電極的電流值來代替。例如，VCBO的測試條件為IE=0，其含義與發(fā)射極開路（Open Emitter）相同。

值得注意的是：V（BR）CEO大約為V（BR）CBO的一半，這一點似乎有點難以理解。因為V（BR）CBO表示集電結的反向擊穿電壓，而V（BR）CEO相當于是集電結與發(fā)射結反向串聯(lián)后的反向擊穿電壓，此時集電結是反偏的，而發(fā)射結是正偏的，按道理V（BR）CEO怎么也應該比V（BR）CBO要大那么一點點（一個二極管導通壓降）吧，怎么反倒下降了一大半？我們暫且按下不表，容你思量一番，繼續(xù)來閱讀數據手冊。

在電氣特性參數中，集電極截止電流ICBO就是我們前面提到的集電極-基極之間的反向飽和電流，它是在發(fā)射極開路時測試得到的，其測試電路如圖4.23所示。

前面我們已經提過了，ICBO是由少數載流子形成的，其大小取決于溫度和少數載流子的濃度。在溫度一定的條件下，ICBO基本上是常數。一般硅三極管的ICBO是納安級別的，而比較好的小功率鍺三極管的ICBO是微安級別的。我們之所以重點提到ICBO，是因為它是衡量三極管穩(wěn)定性的一個重要參數。如果你的電路系統(tǒng)工作的環(huán)境溫度變化很大，應該優(yōu)先選擇硅三極管。

需要注意的是，還有一個參數需要關注，即集電極-發(fā)射極反向飽和電流ICEO，它是當基極開路時在C-E之間施加一定電壓而測量得到的電流，其測試電路如圖4.24所示。

由于ICEO從集電區(qū)穿過基區(qū)流過發(fā)射區(qū)，所以也稱為穿透電流，數據手冊當中一般沒有標出這個參數，因為它與ICBO之間遵循以下關系式：

ICEO=（1+β）ICBO　（4.8）

我們可以這樣來理解式（4.8）：當按照圖4.24所示的電路進行測試時，發(fā)射結是正向偏置的，所以發(fā)射區(qū)有較多的電子注入到基區(qū)，而集電結處于反向偏置狀態(tài)，所以集電區(qū)的少子（空穴）會漂移到基區(qū)。由于基極是開路的，注入到基區(qū)的電子與空穴必然將進行復合，復合形成的電流即ICBO。又由于電子的數量遠大于空穴，所以復合后仍然還有大量電子將繼續(xù)漂移到集電區(qū)而形成集電極電流。而發(fā)射區(qū)每向基區(qū)提供一個復合用的電子，就要向集電區(qū)提供β個電子。也就是說，到達集電區(qū)的電子數量等于基區(qū)復合數的β倍，即產生的電流為βICBO，所以發(fā)射極的總電流為（1+β）ICBO，如圖4.25所示為ICEO與ICBO的載流子關系。

實際上，式（4.8）也可以從式（3.7）推導出來。由于測試ICEO時基極是開路的，所以IB=0，而此時的集電極電流IC就是穿透電流ICEO，則有：

我們前面提過，ICBO會隨溫度的上升而上升，而穿透電流ICEO是ICBO的（1+β）倍，所以ICEO隨溫度的變化量會比ICBO更為明顯，它也是衡量三極管質量的一項重要指標。也正因為如此，在選用三極管時，不能只考慮β的大小，也應該注意選擇ICBO較小的管子，而且β一般也不能選擇過大，以避免ICEO過大而引起的熱穩(wěn)定性問題，這一點在功率放大電路設計過程中還會詳細討論。

ICEO與ICBO之間的關系就可以解釋“VBR（CBO）為什么會比VBR（CEO）還要大”。由于基區(qū)與集電區(qū)都是低摻雜的，所以集電結的寬度相對比較大，它所產生的擊穿現象屬于雪崩效應機制。我們提到過，雪崩擊穿是由于載流子在較寬的空間電荷區(qū)被加速后，將共價鍵中的電子碰撞出來而產生的連鎖反應。換言之，如果載流子相對較多的話，雪崩效應就會更明顯，也就更容易發(fā)生擊穿現象，而測試VBR（CEO）時對應的ICEO卻是測量VBR（CBO）時對應ICBO的（1+β）倍；接下來發(fā)生的故事你應該已經猜到了吧！

我們還可以看到電氣參數中有一個ICEX，它與ICEO有什么區(qū)別呢？實際上，這兩者之間的關系與VCEO和VCEX的關系是一樣的，只不過測試電路不同而已。ICEO是基極開路時測量得到的，而ICEX則是在基極-發(fā)射極之間施加一定的反向電壓而測量得到的，數據手冊當中施加的電壓為-3V。

另外，數據手冊中的直流放大系數是使用hFE來表示的，也就相當于“頭頂”有一橫的符號，至于其他目前尚未討論的參數，我們將在后續(xù)章節(jié)中陸續(xù)講解。

數據手冊中標出的電氣參數主要是為了方便工程師的應用，換言之，如果用來全面分析三極管放大電路還是遠遠不夠的，所以后續(xù)我們將選擇Multisim軟件平臺元器件庫中對應型號為2N2222A的三極管進行放大電路的分析與驗證，它的模型參數如表4.5所示。

你現在可以稍微瀏覽一下表4.5，后續(xù)章節(jié)的一些計算過程會隨時參考到這個表格，這里只討論其中兩個參數，其一是理想正向電流放大倍數BF，它的意義等同于hFE，雖然嚴格來講有一點區(qū)別，但現階段你可以認為兩者是一樣的；另一個是理想反向電流放大倍數BR，什么意思呢？這就要涉及三極管的第4種狀態(tài)了，即倒置/反向放大狀態(tài)。我們知道，三極管在處于放大狀態(tài)時發(fā)射結正偏而集電結反偏，如果我們把發(fā)射結與集電結互換過來使用（發(fā)射結反偏而集電結正偏），電路是不是也可以用呢？有沒有電流放大能力呢？處于倒置狀態(tài)的放大電路如圖4.26所示。

從表4.5中可以看到，BR是比較小的，還不到1，這一點從三極管的電流放大原理很容易預料到。BR的典型范圍為0.01～1，與高達數百甚至上千的BF相比有數量級上的差別。盡管三極管處于倒置狀態(tài)時仍然可以工作，但由于發(fā)射結是反向偏置的，所以務必要特別注意V（BR）EBO的極限值。另外，在這種狀態(tài)下雖然也有一些應用電路（例如，利用發(fā)射結擊穿特性構成的振蕩電路），但由于其的使用并不廣泛，因此本書不做討論。