🎯 單元目標
完成本單元後，你將能夠：
• 認識 BJT 三種主要操作區域
• 理解各區域的偏壓條件• 分辨放大與開關狀態
• 建立工作區選擇的工程直覺
🧭 一、先給核心觀念
BJT 的狀態由：
👉 E-B 接面
👉 B-C 接面
的偏壓方向決定。
不同偏壓 → 不同行為。
🧠 二、三大操作區域總覽（工程版直覺）
- 截止區（Cutoff） E-B：Reverse B-C：Reverse → 關（OFF）
- 主動區（Active） E-B：Forward B-C：Reverse → 放大（線性）
- 飽和區（Saturation） E-B：Forward B-C：Forward（或接近 Forward）→ 開（ON）
🧠 三、截止區（Cutoff）— 兩接面都反向，等效開路
1) 偏壓狀態
E-B : Reverse
B-C : Reverse
2) 載子行為直覺
E X--> B X--> C
(幾乎無注入) (幾乎無收集)
3) 電路等效（工程視角）
+Vcc --[RC]--o Vout (幾乎沒電流)
|
(open)
|
GND
4) 量測特徵
IB ≈ 0
IC ≈ 0
VCE ≈ Vcc (因為 RC 幾乎沒壓降)
🧠 四、主動區（Active）— 注入 + 收集成立，才是可用放大區
1) 偏壓狀態
E-B : Forward
B-C : Reverse
2) 載子流動（NPN 直覺）
e- 注入 e- 被收集
E ---> B ----------------> C
(少量復合 = IB) (多數通過 = IC)
3) 放大關係（控制比例）
IC ≈ β·IB
4) 輸出為何反相（共射極）
Vout = Vcc - IC·RC
IB ↑ → IC ↑ → RC壓降 ↑ → Vout ↓
IB ↓ → IC ↓ → RC壓降 ↓ → Vout ↑
5) 量測特徵（判斷是否仍在線性）
VCE 在中間區間 (不貼近 Vcc，也不貼近 0.2V)
VCE 會隨 Vin 平滑變動
用途：
👉 放大器（線性區）
🧠 五、飽和區（Saturation）— 兩接面都正向，收集不再理想
1) 偏壓狀態
E-B : Forward
B-C : Forward (或接近 Forward)
2) 載子行為（工程語言：推不動了）
E ---> B ---> C
(注入很大) (B-C也導通，集極不再是理想收集端)
3) 「天花板」從哪來（RC + Vcc 限制）
IC(max) ≈ (Vcc - VCE(sat)) / RC
4) 量測特徵（最重要）
VCE ≈ 0.1 ~ 0.3V (常用 0.2V)
Vin 再增加，VCE 幾乎不再下降（到底）
5) 電路等效（導通像小壓降元件）
+Vcc --[RC]--o Vout
|
[ON] (C-E 導通，僅剩 VCE(sat))
|
GND
用途：
👉 開關 ON（導通很硬）
🧠 六、操作區域示意圖（定性觀察用）
IC
│ 主動區 (IC受控)
│ /
│ /
│______/____________ VCE
飽和 截止
🧾 七、一句話記住本單元
🔀 放大用主動區
🔀 開關用截止＋飽和
🔬 電子學實驗題（24/120）
實驗名稱
觀察 BJT 不同操作區域
🎯 實驗目的
驗證：截止、主動、飽和三種狀態，並建立「用 VCE 判區」的工程直覺。
🧰 實驗器材
• NPN BJT（如 2N3904）
• 直流電源（Vcc）
• 電阻（RC、RB）
• 萬用電表（建議兩支：電壓＋電流）
（加值）示波器：可直接看到截止/飽和造成的削波
🔧 實驗接線 ASCII 圖（建議版：加 RB 才可控）
+Vcc
|
[RC]
|
C ----o Vout (≈ VCE)
|
|\
Vin--[RB]--> BJT
|/
|
E
|
GND
🔧 實驗步驟（工程版）
1. 固定 Vcc（例如 5V 或 12V）
2. 設定 RC（例如 1kΩ～4.7kΩ）
3. 設定 RB（例如 50kΩ～470kΩ）
4. 緩慢從低到高改變 Vin
5. 每個測點記錄：
• Vin
• VCE（或 Vout）
•（可選）IB、IC
6. 用 VCE 判斷工作區：
• 截止：VCE ≈ Vcc
• 主動：VCE 中間值（平滑可變）
• 飽和：VCE ≈ 0.1～0.3V
📊 預期觀察
VCE 由大 → 中 → 小
截止 主動 飽和
✅ 專業解析（含實驗實務解析）
解析一、用 VCE 一秒判區（最推薦）
VCE ≈ Vcc → 截止
VCE 中間值 → 主動
VCE ≈ 0.2V → 飽和
解析二、最常見誤判：你以為在主動，其實早就飽和了
Vin ↑ → IB ↑
IC 想 ↑ 但被 RC 卡住
VCE 掉到 ~0.2V
=> 已飽和，不再是線性放大
解析三、放大 vs 開關：區域選擇完全不同
放大器（要主動區）
VCE 需保留裕量：上不靠 Vcc，下不靠 0.2V
(工作點放中間才有擺幅)
開關（要截止 + 飽和）
OFF：截止 (VCE ≈ Vcc)
ON ：飽和 (VCE ≈ 0.2V)
解析四、開關設計加值：強迫 β（確保飽和）
常用準則：
IB ≈ IC / 10
目的：
👉 不管元件 β 漂移、溫度變動，都能「硬飽和導通」。
🧠 工程結論
👉 先決定用途，再決定區域：放大用主動區，開關用截止＋飽和。
👉 實驗中最可靠的判區方法：量 VCE（或 Vout）。
