工作區(主動、飽和、截止)
BJT 在任一時刻都處於三個區之一,身在哪一區完全改變它的作為。再用水龍頭比喻:截止是龍頭全關(無流量),飽和是龍頭全開、以管路允許的最大力道狂噴(再怎麼轉也擠不出更多),而主動區則是有用的中間地帶,把手位置會平順地計量流量。放大器活在主動區;開關則在截止與飽和之間猛烈切換。
區域由兩個接面如何偏壓決定。在截止區,基-射接面低於導通門檻(約 0.5 V 以下),所以幾乎無電流——開關是關的。在主動區,基-射接面順向偏壓(約 0.65 V)且基-集接面逆向偏壓;此時乾淨的關係 Ic = beta 乘上 Ib 成立,集極表現得像受控電流源,微小的基極變化產生大而忠實的集極變化——放大就發生在這裡。在飽和區,你灌入太多基極電流,使兩個接面都順向偏壓;集極無法再從負載抽更多電流,集-射電壓塌到約 0.1 到 0.2 V,且 Ic = beta 乘上 Ib 不再成立——開關完全導通。
還有第四個區,反向主動區(射極與集極對調),但幾乎用不到,因為那裡增益微弱。實用技能是用電壓表判讀電晶體在哪一區:若 Vbe 近於 0,元件在截止;若 Vbe 約 0.7 而 Vce 還有好幾伏,它在主動區放大;若 Vbe 約 0.7 但 Vce 已掉到零點幾伏,它已飽和。知道在哪一區,你就能立刻判斷電路是當放大器、閉合開關,還是斷開開關。
同一顆 NPN,三種狀態。基極在 0 V:截止,Vce 等於全部 9 V 電源,LED 熄滅。基極在 0.65 V 且配合適當基極電阻:主動,Vce 落在約 4 到 5 V,電晶體放大。基極被大力驅動:飽和,Vce 約 0.15 V,LED 全亮。
一顆電晶體、三種行為——完全由你如何偏壓兩個接面決定。
初學者常因偏壓太重而誤把放大器推入飽和,然後納悶輸出為何是被削平、失真的一團。乾淨的放大器必須在整個訊號擺幅內都待在主動區。