半导体三极管也称为晶体三极管.docx

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半导体三极管也称为晶体三极管

半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。

它最主要的功能是电流放大和开关作用。

三极管顾名思义具有三个电极。

二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。

其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。

由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。

　　三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。

三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。

实际上箭头所指的方向是电流的方向。

　　电子制作中常用的三极管有90××系列，包括低频小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪声管9014（NPN），高频小功率管9018（NPN）等。

它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。

在老式的电子产品中还能见到3DG6（低频小功率硅管）、3AX31（低频小功率锗管）等，它们的型号也都印在金属的外壳上。

我国生产的晶体管有一套命名规则，电子工程技术人员和电子爱好者应该了解三极管符号的含义。

　　符号的第一部分“3”表示三极管。

符号的第二部分表示器件的材料和结构：

A——PNP型锗材料；B——NPN型锗材料；C——PNP型硅材料；D——NPN型硅材料。

符号的第三部分表示功能：

U——光电管；K——开关管；X——低频小功率管；G——高频小功率管；D——低频大功率管；A——高频大功率管。

另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。

三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。

三极管有一个重要参数就是电流放大系数b。

当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流b倍的电流，即集电极电流。

集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。

　　三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。

　　Z304三极管的主要参数及极性判别

　　1．常用小功率三极管的主要参数

　　常用小功率三极管的主要参数，参见表B311。

2．三极管电极和管型的判别

（1）目测法

　　①管型的判别

一般，管型是NPN还是PNP应从管壳上标注的型号来辨别。

依照部颁标准，三极管型号的第二位（字母），A、C表示PNP管，B、D表示NPN管，例如：

　　3AX为PNP型低频小功率管3BX为NPN型低频小功率管

　　3CG为PNP型高频小功率管3DG为NPN型高频小功率管

　　3AD为PNP型低频大功率管3DD为NPN型低频大功率管

　　3CA为PNP型高频大功率管3DA为NPN型高频大功率管

　　此外有国际流行的9011～9018系列高频小功率管，除9012和9015为PNP管外，其余均为NPN型管。

　　②管极的判别

　　常用中小功率三极管有金属圆壳和塑料封装（半柱型）等外型，图T305介绍了三种典型的外形和管极排列方式。

（2）用万用表电阻档判别

　　三极管内部有两个PN结，可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。

在型号标注模糊的情况下，也可用此法判别管型。

　　①基极的判别

　　判别管极时应首先确认基极。

对于NPN管，用黑表笔接假定的基极，用红表笔分别接触另外两个极，若测得电阻都小，约为几百欧~几千欧；而将黑、红两表笔对调，测得电阻均较大，在几百千欧以上，此时黑表笔接的就是基极。

PNP管，情况正相反，测量时两个PN结都正偏的情况下，红表笔接基极。

　　实际上，小功率管的基极一般排列在三个管脚的中间，可用上述方法，分别将黑、红表笔接基极，既可测定三极管的两个PN结是否完好（与二极管PN结的测量方法一样），又可确认管型。

　　②集电极和发射极的判别

　　确定基极后，假设余下管脚之一为集电极c，另一为发射极e，用手指分别捏住c极与b极（即用手指代替基极电阻Rb）。

同时，将万用表两表笔分别与c、e接触，若被测管为NPN，则用黑表笔接触c极、用红表笔接e极（PNP管相反），观察指针偏转角度；然后再设另一管脚为c极，重复以上过程，比较两次测量指针的偏转角度，大的一次表明IC大，管子处于放大状态，相应假设的c、e极正确。

3．三极管性能的简易测量

（1）用万用表电阻档测ICEO和β

　　基极开路，万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e（PNP管相反），此时c、e间电阻值大则表明ICEO小，电阻值小则表明ICEO大。

　　用手指代替基极电阻Rb，用上法测c、e间电阻，若阻值比基极开路时小得多则表明β值大。

（2）用万用表hFE档测β

　　有的万用表有hFE档，按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数β，若β很小或为零，表明三极管己损坏，可用电阻档分别测两个PN结，确认是否有击穿或断路。

　　4．半导体三极管的选用

选用晶体管一要符合设备及电路的要求，二要符合节约的原则。

根据用途的不同，一般应考虑以下几个因素：

工作频率、集电极电流、耗散功率、电流放大系数、反向击穿电压、稳定性及饱和压降等。

这些因素又具有相互制约的关系，在选管时应抓住主要矛盾，兼顾次要因素。

　　低频管的特征频率fT一般在2.5MHz以下，而高频管的fT都从几十兆赫到几百兆赫甚至更高。

选管时应使fT为工作频率的3～10倍。

原则上讲，高频管可以代换低频管，但是高频管的功率一般都比较小，动态范围窄，在代换时应注意功率条件。

一般希望β选大一些，但也不是越大越好。

β太高了容易引起自激振荡，何况一般β高的管子工作多不稳定，受温度影响大。

通常β多选40～100之间，但低噪声高β值的管子（如1815、9011~9015等），β值达数百时温度稳定性仍较好。

另外，对整个电路来说还应该从各级的配合来选择β。

例如前级用β高的，后级就可以用β较低的管子；反之，前级用β较低的，后级就可以用β较高的管子。

　　集电极-发射极反向击穿电压UCEO应选得大于电源电压。

穿透电流越小，对温度的稳定性越好。

普通硅管的稳定性比锗管好得多，但普通硅管的饱和压降较锗管为大，在某些电路中会影响电路的性能，应根据电路的具体情况选用，选用晶体管的耗散功率时应根据不同电路的要求留有一定的余量。

　　对高频放大、中频放大、振荡器等电路用的晶体管，应选用特征频率fT高、极间电容较小的晶体管，以保证在高频情况下仍有较高的功率增益和稳定性。

光敏三极管

　　光敏三极管在原理上类似于晶体管，只是它的集电结为光敏二极管结构。

它的等效电路见图T313。

由于基极电流可由光敏二极管提供，故一般没有基极外引线（有基极外引线的产品便于调整静态工作点）。

如在光敏三极管集电极c和发射极e之间加电压，使集电结反偏，则在无光照时，c、e间只有漏电流ICEO，称为暗电流，大小约为0.3μA。

有光照时将产生光电流IB，同时IB被“放大”形成集电极电流IC，大小在几百微安到几毫安之间。

　　光敏三极管的输出特性和晶体管类似，只是用入射光的照度来代替晶体管输出特性曲线中的IB。

光敏三极管制成达林顿形式时，可获得很大的输出电流而能直接驱动某些继电器。

光敏三极管的缺点是响应速度（约5～10μs）比光敏二极管（几百毫微秒）慢，转换线性差，在低照度或高照度时，光电流放大系数 值变小。

　　使用光敏三极管时，除了管子实际运行时的电参数不能超限外，还应考虑入射光的强度是否恰当，其光谱范围是否合适。

过强的入射光将使管芯的温度上升，影响工作的稳定性，不合光谱的入射光，将得不到所希望的光电流。

例如：

硅光敏三极管的光谱响应范围为0.4～1.1μm波长的光波，若用荧光灯作光源，结果就很不理想。

另外，在实际选用光敏三极管时，应注意按参数要求选择管型。

如要求灵敏度高，可选用达林顿型光敏三极管；如要求响应时间快，对温度敏感性小，就不选用光敏三极管而选用光敏二极管。

探测暗光一定要选择暗电流小的管子，同时可考虑有基极引出线的光敏三极管，通过偏置取得合适的工作点，提高光电流的放大系数。

例如，探测10-3勒克斯的弱光，光敏三极管的暗电流必须小于0.1nA。

光敏三极管的基本应用电路见图T314，几种国产光敏三极管的参数见表B317。

三极管工作原理

发布:

2007-12-1013:

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对三极管放大作用的理解，切记一点：

能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量，。

但三极管厉害的地方在于：

它可以通过小电流控制大电流

放大的原理就在于：

通过小的交流输入，控制大的静态直流。

假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。

小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。

所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。

如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。

在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。

当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。

如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。

管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。

这就是三极管中的截止区。

饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。

如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。

在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。

没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。

而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。

当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。

晶体三极管是一种电流控制元件。

发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,

晶体三极管按材料分常见的有两种：

锗管和硅管。

而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，使用最多的是硅NPN和PNP两种，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，三极管工作在放大区时，三极管发射结处于正偏而集电结处于反偏，集电极电流Ic受基极电流Ib的控制，Ic的变化量与Ib变化量之比称作三极管的交流电流放大倍数β（β=ΔIc/ΔIb,Δ表示变化量。

）

在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

要判断三极管的工作状态必须了解三极管的输出特性曲线，输出特性曲线表示Ic随Uce的变化关系（以Ib为参数），从输出特性曲线可见，它分为三个区域：

截止区、放大区和饱和区。

根据三极管发射结和集电结偏置情况，可以判别其工作状态：

对于NPN三极管，当Ube≤0时，三极管发射结处于反偏工作，则Ib≈0，三极管工作在截止区；

当晶体三极管发射结处于正偏而集电结处于反偏工作时，三极管工作在放大区，Ic随Ib近似作线性变化；

当发射结和集电结均处于正偏状态时，三极管工作在饱和区，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能。

截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域。

那么各种状态UbeUbcUce有没有个固定的电压值呢？

不同的材料，PN结的势垒电压不一样，锗管约0.3V，硅管约0.7V，不同的制造工艺，不同的型号也有少量差别，但是基本是这个量级。

要知道准确值，必须查看输入特性曲线（类似于二极管正向特性曲线）。

#2的建议很有道理：

在初学电子技术的时候尽量不要使用虚拟实验室进行实验，一定要亲自动手操作一下，学电子的一定要动手！

三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。

分成NPN和PNP两种。

我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。

下面的分析仅对于NPN型硅三极管。

如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。

这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。

三极管的放大作用就是：

集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：

集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。

如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。

如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。

我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。

三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。

这有几个原因。

首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。

当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。

但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。

如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。

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）。

对于PNP型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟NPN的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来——变成朝里的了。