三極管，英文名稱(chēng)為T(mén)riode，是半導體三極管的簡(jiǎn)稱(chēng)，又名晶體三極管、雙極性晶體管，是一種電路中常見(jiàn)的基本元器件，主要用于完成對微弱信號的放大作用，由巴丁、布萊頓、肖克萊三位博士于1947年研制成功，三極管的出現，帶動(dòng)了半導體電子工業(yè)的發(fā)展，也使得集成電路、大規模集成電路逐步出現并得到廣泛應用。

 

中文名	外文名	材料	應用領(lǐng)域
三極管	Bipolar Junction Transistor	半導體	實(shí)現電流放大

 

目錄

 

1、三極管簡(jiǎn)介

2、三極管的原理

3、三極管的作用

4、三極管的主要參數

5、三極管的種類(lèi)與結構

6、三極管的材料

7、三極管的封裝形式和管腳識別

8、三極管的特性曲線(xiàn)

9、檢測三極管的口訣

10、三極管的發(fā)明

 

 

 

三極管簡(jiǎn)介：

三極管的發(fā)射區和基區之間的PN結叫發(fā)射結，集電區和基區之間的PN結叫集電極?；鶇^很薄，而發(fā)射區較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區"發(fā)射"的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里;NPN型三極管發(fā)射區"發(fā)射"的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結在正向電壓下的導通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類(lèi)型。

 

 

三極管的原理：

三極管是由2塊N型半導體中間夾著(zhù)一塊P型半導體所組成，發(fā)射區與基區之間形成的PN結稱(chēng)為發(fā)射結,而集電區與基區形成的PN結稱(chēng)為集電結,三條引線(xiàn)分別稱(chēng)為發(fā)射極e、基極b和集電極。

當b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。

在制造三極管時(shí)，有意識地使發(fā)射區的多數載流子濃度大于基區的，同時(shí)基區做得很薄，而且，要嚴格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結正確，發(fā)射區的多數載流子(電子)極基區的多數載流子(控穴)很容易地截越過(guò)發(fā)射結構互相向反方各擴散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過(guò)發(fā)射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱(chēng)為發(fā)射極電流Ie。

由于基區很薄,加上集電結的反偏，注入基區的電子大部分越過(guò)集電結進(jìn)入集電區而形成集電集電流Ic，只剩下很少(1-10[%])的電子在基區的空穴進(jìn)行復合，被復合掉的基區空穴由基極電源Eb重新補紀念給，從而形成了基極電流Ibo根據電流連續性原理得：

Ie=Ib+Ic

這就是說(shuō)，在基極補充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：

β1=Ic/Ib

式中：β--稱(chēng)為直流放大倍數，

集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：

β= △Ic/△Ib

式中β--稱(chēng)為交流電流放大倍數，由于低頻時(shí)β1和β的數值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見(jiàn)，對兩者不作嚴格區分，β值約為幾十至一百多。

 

三極管的作用：

放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉換成信號的能量罷了。三極管有一個(gè)重要參數就是電流放大系數β。當三極管的基極上加一個(gè)微小的電流時(shí)，在集電極上可以得到一個(gè)是注入電流β倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。

 

三極管的主要參數：

4.1直流參數

4.1.1集電極一基極反向飽和電流Icbo，發(fā)射極開(kāi)路(Ie=0)時(shí)，基極和集電極之間加上規定的反向電壓Vcb時(shí)的集電極反向電流，它只與溫度有關(guān)，在一定溫度下是個(gè)常數，所以稱(chēng)為集電極一基極的反向飽和電流。良好的三極管，Icbo很小，小功率鍺管的Icbo約為1～10微安，大功率鍺管的Icbo可達數毫安培，而硅管的Icbo則非常小，是毫微安級。

4.1.2集電極一發(fā)射極反向電流Iceo(穿透電流)基極開(kāi)路(Ib=0)時(shí)，集電極和發(fā)射極之間加上規定反向電壓Vce時(shí)的集電極電流。 Iceo大約是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)Icbo o Icbo和Iceo受溫度影響極大，它們是衡量管子熱穩定性的重要參數，其值越小，性能越穩定，小功率鍺管的Iceo比硅管大。

4.1.3發(fā)射極---基極反向電流Iebo集電極開(kāi)路時(shí)，在發(fā)射極與基極之間加上規定的反向電壓時(shí)發(fā)射極的電流，它實(shí)際上是發(fā)射結的反向飽和電流。

4.1.4直流電流放大系數β1(或hEF)這是指共發(fā)射接法，沒(méi)有交流信號輸入時(shí)，集電極輸出的直流電流與基極輸入的直流電流的比值，即：

β1=Ic/Ib

4.2交流參數

4.2.1交流電流放大系數β(或hfe)這是指共發(fā)射極接法，集電極輸出電流的變化量△Ic與基極輸入電流的變化量△Ib之比，即：

β= △Ic/△Ib

一般電晶體的β大約在10-200之間，如果β太小，電流放大作用差，如果β太大，電流放大作用雖然大，但性能往往不穩定。

4.2.2共基極交流放大系數α(或hfb)這是指共基接法時(shí)，集電極輸出電流的變化是△Ic與發(fā)射極電流的變化量△Ie之比，即：

α=△Ic/△Ie

因為△Ic<△Ie，故α<1。高頻三極管的α>0.90就可以使用

α與β之間的關(guān)系：

α= β/(1+β)

β= α/(1-α)≈1/(1-α)

4.2.3截止頻率fβ、fα當β下降到低頻時(shí)0.707倍的頻率，就什發(fā)射極的截止頻率fβ;當α下降到低頻時(shí)的0.707倍的頻率，就什基極的截止頻率fαo fβ、 fα是表明管子頻率特性的重要參數，它們之間的關(guān)系為：

fβ≈(1-α)fα

4.2.4特征頻率fT因為頻率f上升時(shí)，β就下降，當β下降到1時(shí)，對應的fT是全面地反映電晶體的高頻放大性能的重要參數。

4.3極限參數

4.3.1集電極最大允許電流ICM當集電極電流Ic增加到某一數值，引起β值下降到額定值的2/3或1/2，這時(shí)的Ic值稱(chēng)為ICM。所以當Ic超過(guò)ICM時(shí)，雖然不致使管子損壞，但β值顯著(zhù)下降，影響放大品質(zhì)。

4.3.2集電極----基極擊穿電壓BVCBO當發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電結的反向擊穿電壓稱(chēng)為BVEBO。

4.3.3發(fā)射極-----基極反向擊穿電壓BVEBO當集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射結的反向擊穿電壓稱(chēng)為BVEBO。

4.3.4集電極-----發(fā)射極擊穿電壓BVCEO當基極開(kāi)路時(shí)，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，使用時(shí)如果Vce>BVceo，管子就會(huì )被擊穿。

4.3.5集電極最大允許耗散功率PCM集電流過(guò)Ic，溫度要升高，管子因受熱而引起參數的變化不超過(guò)允許值時(shí)的最大集電極耗散功率稱(chēng)為PCM。管子實(shí)際的耗散功率于集電極直流電壓和電流的乘積，即Pc=Uce×Ic.使用時(shí)慶使Pc

PCM與散熱條件有關(guān)，增加散熱片可提高PCM。

 

三極管的種類(lèi)與結構：

三極管分很多種，按功率大小可分為大功率管和小功率管;按電路中的工作頻率可分為高頻管和低頻管;按半導體材料不同可分為硅管和鍺管;按結構不同可分為NPN管和PNP管。無(wú)論是NPN型還是PNP型都分為三個(gè)區，分別稱(chēng)為發(fā)射區、基區和集電區，由三個(gè)區各引出一個(gè)電極，分別稱(chēng)為發(fā)射極(E)、基極(B)和集電極(C)，發(fā)射區和基區之間的PN結稱(chēng)為發(fā)射結，集電區和基區之間的PN結稱(chēng)為集電結。其中發(fā)射極箭頭所示方向表示發(fā)射極電流的流向。在電路中，晶體管用字符T表示。具有電流放大作用的三極管，在內部結構上具有其特殊性，這就是：其一是發(fā)射區摻雜濃度大于集電區摻雜濃度，集電區摻雜濃度遠大于基區摻雜濃度;其二是基區很薄，一般只有幾微米。這些結構上的特點(diǎn)是三極管具有電流放大作用的內在依據。 

 

三極管的材料：

三極管的材料有鍺材料和硅材料。它們之間最大的差異就是起始電壓不一樣。鍺管PN結的導通電壓為0.2V左右，而硅管PN結的導通電壓為0.6～0.7V。在放大電路中如果用同類(lèi)型的鍺管代換同類(lèi)型的硅管，或用同類(lèi)型的硅管代換同類(lèi)型的鍺管一般是可以的，但都要在基極偏置電壓上進(jìn)行必要的調整，因為它們的起始電壓不一樣。但在脈沖電路和開(kāi)關(guān)電路中不同材料的三極管是否能互換必須具體分析，不能盲目代換。

 

三極管的封裝形式和管腳識別：

常用三極管的封裝形式有金屬封裝和塑料封裝兩大類(lèi)，引腳的排列方式具有一定的規律。對于小功率金屬封裝三極管，底視圖位置放置，使三個(gè)引腳構成等腰三角形的頂點(diǎn)上，從左向右依次為e b c;對于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個(gè)引腳朝下放置，則從左到右依次為e b c。

目前，國內各種類(lèi)型的晶體三極管有許多種，管腳的排列不盡相同，在使用中不確定管腳排列的三極管，必須進(jìn)行測量確定各管腳正確的位置，或查找晶體管使用手冊，明確三極管的特性及相應的技術(shù)參數和資料。

 

 

三極管的特性曲線(xiàn)：

三極管的特性曲線(xiàn)是用來(lái)表示各個(gè)電極間電壓和電流之間的相互關(guān)系的，它反映出三極管的性能，是分析放大電路的重要依據。特性曲線(xiàn)可由實(shí)驗測得，也可在晶體管圖示儀上直觀(guān)地顯示出來(lái)。

8.1.輸入特性曲線(xiàn)

晶體管的輸入特性曲線(xiàn)表示了VCE為參考變量時(shí)，IB和VBE的關(guān)系。

圖1是三極管的輸入特性曲線(xiàn)，由圖可見(jiàn)，輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

 

8.1.1輸入特性也有一個(gè)“死區”。在“死區”內，VBE雖已大于零，但IB幾乎仍為零。當VBE大于某一值后，IB才隨VBE增加而明顯增大。和二極管一樣，硅晶體管的死區電壓VT(或稱(chēng)為門(mén)檻電壓)約為0.5V，發(fā)射結導通電壓VBE =(0.6~0.7)V;鍺晶體管的死區電壓VT約為0.2V，導通電壓約(0.2~0.3)V。若為PNP型晶體管，則發(fā)射結導通電壓VBE分別為(-0.6 ~ -0.7)V和(-0.2~ -0.3)V。

8.1.2一般情況下，當VCE >1V以后，輸入特性幾乎與VCE=1V時(shí)的特性重合，因為VCE >1V后，IB無(wú)明顯改變了。晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，VCE總是大于1V的(集電結反偏)，因此常用VCE≥1V的一條曲線(xiàn)來(lái)代表所有輸入特性曲線(xiàn)。

 

8.2.輸出特性曲線(xiàn)

 

晶體管的輸出特性曲線(xiàn)表示以IB為參考變量時(shí)，IC和VCE的關(guān)系，即:

圖2是三極管的輸出特性曲線(xiàn)，當IB改變時(shí)，可得一組曲線(xiàn)族，由圖可見(jiàn)，輸出特性曲線(xiàn)可分放大、截止和飽和三個(gè)區域。

8.2.1 截止區 ：IB = 0的特性曲線(xiàn)以下區域稱(chēng)為截止區。在這個(gè)區域中，集電結處于反偏，VBE≤0發(fā)射結反偏或零偏，即VC>VE≧VB。電流IC很小，(等于反向穿透電流ICEO)工作在截止區時(shí)，晶體管在電路中猶如一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。

8.2.2飽和區 ：特性曲線(xiàn)靠近縱軸的區域是飽和區。當VCEVC>VE。在飽和區IB增大，IC幾乎不再增大，三極管失去放大作用。規定VCE=VBE時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為臨界飽和狀態(tài)，用VCES表示，此時(shí)集電極臨界飽和電流。

 

 

檢測三極管的口訣：

三極管的管型及管腳的判別是電子技術(shù)初學(xué)者的一項基本功，為了幫助讀者迅速掌握測判方法，筆者總結出四句口訣：“三顛倒，找基極;PN結，定管型;順箭頭，偏轉大;測不準，動(dòng)嘴巴。”下面讓我們逐句進(jìn)行解釋吧。

9.1. 三顛倒，找基極

大家知道，三極管是含有兩個(gè)PN結的半導體器件。根據兩個(gè)PN結連接方式不同，可以分為NPN型和PNP型兩種不同導電類(lèi)型的三極管。

測試三極管要使用萬(wàn)用電表的歐姆擋，并選擇R×100或R×1k擋位。

假定我們并不知道被測三極管是NPN型還是PNP型，也分不清各管腳是什么電極。測試的第一步是判斷哪個(gè)管腳是基極。這時(shí)，我們任取兩個(gè)電極(如這兩個(gè)電極為1、2)，用萬(wàn)用電表兩支表筆顛倒測量它的正、反向電阻，觀(guān)察表針的偏轉角度;接著(zhù)，再取1、3兩個(gè)電極和2、3兩個(gè)電極，分別顛倒測量它們的正、反向電阻，觀(guān)察表針的偏轉角度。在這三次顛倒測量中，必然有兩次測量結果相近：即顛倒測量中表針一次偏轉大，一次偏轉小;剩下一次必然是顛倒測量前后指針偏轉角度都很小，這一次未測的那只管腳就是我們要尋找的基極。9.2. PN結，定管型

找出三極管的基極后，我們就可以根據基極與另外兩個(gè)電極之間PN結的方向來(lái)確定管子的導電類(lèi)型。將萬(wàn)用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個(gè)電極中的任一電極，若表頭指針偏轉角度很大，則說(shuō)明被測三極管為NPN型管;若表頭指針偏轉角度很小，則被測管即為PNP型。

9.3.順箭頭，偏轉大

找出了基極b，另外兩個(gè)電極哪個(gè)是集電極c，哪個(gè)是發(fā)射極e呢?這時(shí)我們可以用測穿透電流ICEO的方法確定集電極c和發(fā)射極e。

9.3.1對于NPN型三極管，穿透電流的測量電路。根據這個(gè)原理，用萬(wàn)用電表的黑、紅表筆顛倒測量?jì)蓸O間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測量中萬(wàn)用表指針偏轉角度

都很小，但仔細觀(guān)察，總會(huì )有一次偏轉角度稍大，此時(shí)電流的流向一定是：黑表筆→c極→b極→e極→紅表筆，電流流向正好與三極管符號中的箭頭方向一致(“順箭頭”)，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是集電極c，紅表筆所接的一定是發(fā)射極e。

9.3.2 對于PNP型的三極管，道理也類(lèi)似于NPN型，其電流流向一定是：黑表筆→e極→b極→c極→紅表筆，其電流流向也與三極管符號中的箭頭方向一致，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是發(fā)射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。

9.4. 測不出，動(dòng)嘴巴

若在“順箭頭，偏轉大”的測量過(guò)程中，若由于顛倒前后的兩次測量指針偏轉均太小難以區分時(shí)，就要“動(dòng)嘴巴”了。具體方法是：在“順箭頭，偏轉大”的兩次測量中，用兩只手分別捏住兩表筆與管腳的結合部，用嘴巴含住(或用舌頭抵住)基電極b，仍用“順箭頭，偏轉大”的判別方法即可區分開(kāi)集電極c與發(fā)射極e。其中人體起到直流偏置電阻的作用，目的是使效果更加明顯。

 

三極管的發(fā)明：

1947年12月23日，美國新澤西州墨累山的貝爾實(shí)驗室里，3位科學(xué)家——巴丁博士、布萊頓博士和肖克萊博士在緊張而又有條不紊地做著(zhù)實(shí)驗。他們在導體電路中正在進(jìn)行用半導體晶體把聲音信號放大的實(shí)驗。3位科學(xué)家驚奇地發(fā)現，在他們發(fā)明的器件中通過(guò)的一部分微量電流，竟然可以控制另一部分流過(guò)的大得多的電流，因而產(chǎn)生了放大效應。這個(gè)器件，就是在科技史上具有劃時(shí)代意義的成果——晶體管。因它是在圣誕節前夕發(fā)明的，而且對人們未來(lái)的生活發(fā)生如此巨大的影響，所以被稱(chēng)為“獻給世界的圣誕節禮物”。這3位科學(xué)家因此共同榮獲了1956年諾貝爾物理學(xué)獎。

晶體管促進(jìn)并帶來(lái)了“固態(tài)革命”，進(jìn)而推動(dòng)了全球范圍內的半導體電子工業(yè)。作為主要部件，它及時(shí)、普遍地首先在通訊工具方面得到應用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。由于晶體管徹底改變了電子線(xiàn)路的結構，集成電路以及大規模集成電路應運而生，這樣制造像高速電子計算機之類(lèi)的高精密裝置就變成了現實(shí)。