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另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。

而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；

当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。

这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。

下面说说三极管的饱和情况。

像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。

当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。

一般判断三极管是否饱和的准则是：

Ib*β〉Ic。

进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。

这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：

当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；

当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。

如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。

如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。

如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。

由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。

如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前）。

我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；

因为受到电阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。

如果我们在将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。

如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前

三极管截止与饱合状态

截止状态

三极管作为开关使用时，仍是处于下列两种状态下工作。

1.截止（cutoff）状态:

如图5所示，当三极管之基极不加偏压或

加上反向偏压使BE极截止时（BE极之特性和二极管相同，须加

上大于0.7V之正向偏压时才态导通），基极电流IB=0，因为IC=β

IB，所以IC=IE=0，此时CE极之间相当于断路，负载无电流。

a）基极（B）不加偏压使

基极电流IB等于零

（b）基极（B）加上反向偏

压使基极电流IB等于零

（c）此时集极（C）与射极（E）

之间形同段路，负载无

电流通过

图5三极管截止状态

饱合状态

饱合（saturation）状态:

如图6所示，当三极管之基极加入驶

大的电流时，因为IC≒IE=β×

IB，射极和集极的电流亦非常大，此

时，集极与射极之间的电压降非常低（VCE为0.4V以下），其意义相

当于集极与射极之间完全导通，此一状态称为三极管饱合。

图6（a）基极加上足够的顺向 

（b）此时C-E极之间视同

偏压使IB足够大 

导通状态

晶体管的电路符号和各三个电极的名称如下

图7PNP型三极管 

图8NPN型三极管

三极管的特性曲线

1、输入特性

图2（b）是三极管的输入特性曲线，它表示Ib随Ube的变化关系，其特点是：

1）当Uce在0-2伏范围内，曲线位置和形状与Uce有关，但当Uce高于2伏后，曲线Uce基本无关通常输入特性由两条曲线（Ⅰ和Ⅱ）表示即可。

2）当Ube＜UbeR时，Ib≈O称（0～UbeR）的区段为“死区”当Ube＞UbeR时，Ib随Ube增加而增加，放大时，三极管工作在较直线的区段。

3）三极管输入电阻，定义为:

rbe=（△Ube/△Ib）Q点，其估算公式为：

rbe=rb+（β+1）（26毫伏/Ie毫伏）

rb为三极管的基区电阻，对低频小功率管，rb约为300欧。

2、输出特性

输出特性表示Ic随Uce的变化关系（以Ib为参数）从图9（C）所示的输出特性可见，它分为三个区域：

截止区、放大区和饱和区。

截止区当Ube＜0时，则Ib≈0，发射区没有电子注入基区，但由于分子的热运动，集电集仍有小量电流通过，即Ic=Iceo称为穿透电流，常温时Iceo约为几微安，锗管约为几十微安至几百微安，它与集电极反向电流Icbo的关系是：

Icbo=（1+β）Icbo

常温时硅管的Icbo小于1微安，锗管的Icbo约为10微安，对于锗管，温度每升高12℃，Icbo数值增加一倍，而对于硅管温度每升高8℃，Icbo数值增大一倍，虽然硅管的Icbo随温度变化更剧烈，但由于锗管的Icbo值本身比硅管大，所以锗管仍然受温度影响较严重的管，放大区，当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时，Ic随Ib近似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态的区域。

饱和区当发射结和集电结均处于正偏状态时，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能。

根据三极管发射结和集电结偏置情况，可能判别其工作状态。

图9

三极管的主要参数

1、直流参数

（1）集电极一基极反向饱和电流Icbo，发射极开路（Ie=0）时，基极和集电极之间加上规定的反向电压Vcb时的集电极反向电流，它只与温度有关，在一定温度下是个常数，所以称为集电极一基极的反向饱和电流。

良好的三极管，Icbo很小，小功率锗管的Icbo约为1～10微安，大功率锗管的Icbo可达数毫安培，而硅管的Icbo则非常小，是毫微安级。

（2）集电极一发射极反向电流Iceo（穿透电流）基极开路（Ib=0）时，集电极和发射极之间加上规定反向电压Vce时的集电极电流。

Iceo大约是Icbo的β倍即Iceo=（1+β）IcbooIcbo和Iceo受温度影响极大，它们是衡量管子热稳定性的重要参数，其值越小，性能越稳定，小功率锗管的Iceo比硅管大。

（3）发射极---基极反向电流Iebo集电极开路时，在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的电流，它实际上是发射结的反向饱和电流。

（4）直流电流放大系数β1（或hEF）这是指共发射接法，没有交流信号输入时，集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值，即：

三极管的工作原理

（本文以NPN型三极管为例）

前言

相信很多初学电子的朋友，在刚接触三极管的时候，都很难理解其原理，笔者当初就是如此。

虽然知道它的作用是可以用小电流控制大电流——电流放大作用，但对于里面的原理却一直困惑。

在网上找了很多资料，对其原理描述都很模糊。

笔者查询了和三极管相关的半导体资料，对其原理有进一步的认识，想拿出来和各位电子初学者一起学习，同时希望抛砖引玉，学习其他电子爱好者的观点。

关键字：

三极管 

原理 

电子初学者 

电子爱好者

一、概念理解

1、N型半导体：

又称为电子型半导体。

在纯净的硅晶体中通过特殊工艺掺入少量的五价元素（如磷、砷、锑等）而形成，其内部自由电子浓度远大于空穴浓度。

所以，N半导体内部形成带负电的多数载流子——自由电子，而少数载流子是空穴。

N型半导体主要靠自由电子导电。

由于自由电子主要由所掺入的杂质提供，所以掺入的五价杂质越多，自由电子的浓度就越高，导电性能就越强。

而空穴由热激发形成，环境温度越高，热激发越剧烈。

2、P型半导体：

又称为空穴型半导体。

在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼）而形成，其内部空穴浓度远大于自由电子浓度，所以，P型半导体内部形成带正电的多数载流子——空穴，而少数载流子是自由电子。

P型半导体主要靠空穴导电。

由于空穴主要由所掺入杂质原子提供，掺入三价的杂质越多，空穴的浓度就越高，导电性能就越强。

而自由电子是由热激发形成，环境温度越高，热激发越激烈。

3、PN结及特性：

P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。

空穴和电子相遇而复合，载流子消失。

因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有内建一个由N区指向P区的内电场。

由于内电场是由多子建成，所以达到平衡后，内建电场将阻挡多数载流子的扩散，但不能阻止少数载流子。

P区和N区的少数载流子一旦接近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方。

ＰＮ结的单向导电性

外加正向电压（正偏）：

在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。

结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。

外加反向电压（反偏）：

在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。

漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。

因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流。

当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。

4、扩散和漂移：

多数载流子移动时扩散，少数载流子移动时漂移。

5、复合：

电子和空穴相遇就会复合，大量的电子-空穴对复合就形成电流。

6、空间电荷区：

也称耗尽层。

在PN结中，由于自由电子的扩散运动和内电场导致的漂移运动，使PN结中间的部位（P区和N区交界面）产生一个很薄的电荷区，它就是空间电荷区。

在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。

P区一侧呈现负电荷，N区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由N区指向P区的内电场。

内电场将阻碍多子的扩散，而少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方。

PN结正偏时，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。

PN结反偏时，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散。

7、内电场：

PN结附近空间电荷区中，方向由N区指向P区的内电场。

内电场对多数载流子起隔离作用，而对少数载流子起导通作用。

8、载流子：

可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子。

金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴。

9、少数载流子：

P型半导体地少数载流子是自由电子，N型半导体中是空穴。

10、二极管：

单向导电性。

正偏多数载流子可以通过，反偏少数载流子可以通过。

反偏时P型半导体和N型半导体不能提供源源不断的少数载流子，所以反偏近似无电流。

二、三极管的工艺要求及作用

1、发射区掺杂浓度高：

确保发射区中有足够多的多数载流子——电子，当基极电压高于发射极的时候，才有足够多的电子扩散到基极。

2、基区做得非常薄：

可以更好的让基极（P型半导体）中的少数载流子——电子漂移到集电极。

三、工作条件

1、集电极电压（Vc）大于基极电压（Vb），基极电压（Vb）稍高于发射极电压（Ve）。

即：

Vc>

Vb>

Ve，其中Vb一般高于Ve为0.7V；

Vc常见电压比Ve高12V。

这样就使得集电结反偏，发射结正偏。

2、如要取得输出必须加负载电阻。

四、三极管的工作原理

图解如下：

照片名称：

三极管工作原理，所属相册：

电子

NPN型三极管工作原理图

五、关于三极管的问题

1、集电极（C极）处于反偏状态，为什么还有电流通过？

答：

PN结正偏情况下是利于“多数载流子”通过，而反偏则利于“少数载流子”通过，对于基极（B极）来说，它的少数载流子是电子，而当基极电压高于发射极，有电流注入时，发射结正偏导通，发射区向基区扩散大量电子。

这些电子在内电场的作用下漂移到C极。

从三极管外部看来，电流能通过反偏的集电结，其实，要分清楚“多子”、“少子”的区别。

P型半导体的多子是空穴，少子是自由电子；

N型半导体的多子是自由电子，少子是空穴。

2、为什么集电极要加上很高的电压？

电压高能使集电结的内电场更强，作用在少子上的力更大，有利于少子、尤其是从基区漂移到发射区的电子；

同时阻止多子的通过。

3、为什么基区要做得很薄？

因为少子越贴近内电场，就越容易受其作用漂移到PN结对面。

如果做得太厚，那进入基区的电子就不能很好地受内电场的作用，不能很好地漂移到集电区，所以要从生产工艺上把它做得很薄，厚度一般在几个微米至几十个微米。

4、为什么发射区的掺杂浓度最高？

发射区掺杂浓度高才有更多的多数载流子，P型半导体中的多子是空穴，而NPN型半导体的发射区是N型半导体，掺杂浓度高使其有更多的自由电子，这样在基极和发射极的电压差（基极高于发射极）作用下，才有更多电子扩散到基区。

假设发射区的掺杂浓度和基区浓度相同，那么扩散到基区的电子绝大多数会跟基区的空穴进行复合掉，电流的放大能力下降。

5、放大倍数β如何确定？

在生产过程中，控制基区的厚度和各个区的掺杂浓度，就能生产出不同放大倍数β的三极管。

6、基极（B极）小电流如何控制集电极大电流？

当基极没有电流的时候，集电结几乎没有电子通过；

基极电流慢慢增大时，集电结在正偏电压作用下，多子逐渐激烈地向基区扩散。

由于基区掺杂浓度低，扩散到集电区的多子少，需要外部注入的电流小。

发射区掺杂浓度高，扩散到基区的多子多，需要外部注入的电流大。

放大倍数跟基区厚度、发射区掺杂浓度成正比。

发射极跟基极复合的电子非常少，主要被集电结的内电场拉到集电区，集电极电流近似于发射极电流。

外部注入基极电流越大，发射区到基区的电子扩散就越激烈，漂移到集电区的电子也越多。

在三极管的外部看来，发射极电流和集电极电流也急剧增大。

7、用两个二极管可否焊接成一个三极管？

虽然两个二极管能结成一个NPN或PNP型的三极管，但其内部硅晶体的掺杂浓度不同于三极管，再者“基极”没能做得很薄，漂移过“集电结”的少子相当少（不是没有），因此发射极中的载流子几乎不能到达集电结。

和二极管的伏安特性一样，三极管的输入特性也有一段死区，只有当UBE大于死区电压时，三极管才会出现基极电流IB。

通常硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。

在正常工作情况下，NPN型硅管的发射结电压UBE为0.6～0.7V，PNP型锗管的发射结电压UBE为-0.2～-0.3V。

三极管的输出特性是指当基极电流IB一定时，集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线。

在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以三极管的输出特性是一组曲线。

通常把输出特性曲线分为三个工作区：

1、放大区：

输出特性曲线的近于水平部分是放大区。

在放大区,IC＝IB×

?

由于在不同IB下电流放大系数近似相等，所以放大区也称为线性区。

三级管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置，集电结则应处于反向偏置，对硅管而言应使UBE>

0，UBC<

0。

2、截止区：

IB＝0的曲线以下的区域称为截止区。

实际上，对NPN硅管而言，当UBE＜0.5V时即已开始截止，但是为了使三极管可靠截止，常使UBE≤0V，此时发射结和集电结均处于反向偏置。

3、饱和区：

输出特性曲线的陡直部分是饱和区，此时IB的变化对IC的影响较小，放大区的?

不再适用于饱和区。

在饱和区，UCE＜UBE，发射结和集电结均处于正向偏置。