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晶体三极管

来自 电子通

中文名：晶体三极管 外文名：Bipolar Junction Transistor 别 名：三极管 发明时间：1947年 材 料：半导体 应用领域：实现电流放大 功 能：控制电路

晶体三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。

三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

基本释义

三极管（也称晶体管）在中文含义里面只是对三个引脚的放大器件的统称，我们常说的三极管，可能是 如图所示的几种器件。

可以看到，虽然都叫三极管，其实在英文里面的说法是千差万别的，三极管这个词汇其实也是中文特有的一个象形意义上的的词汇。

“Triode”（电子三极管）这个是英汉词典里面 “三极管” 的唯一英文翻译，与电子三极管初次出现有关，是真正意义上的三极管这个词最初所指的物品。其余的在中文里称作三极管的器件，实际翻译时不可以翻译成Triode。

电子三极管 Triode （俗称电子管的一种）

双极型晶体管 BJT （Bipolar Junction Transistor）

J型场效应管 Junction gate FET（Field Effect Transistor）

金属氧化物半导体场效应晶体管 MOS FET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)英文全称

V型槽场效应管 VMOS （Vertical Metal Oxide Semiconductor ）

注：这三者看上去都是场效应管，其实金属氧化物半导体场效应晶体管 、V型槽沟道场效应管 是 单极（Unipolar）结构的，是和 双极（Bipolar）是对应的，所以也可以统称为单极晶体管（Unipolar Junction Transistor）。

其中J型场效应管是非绝缘型场效应管，MOS FET 和VMOS都是绝缘型的场效应管。

VMOS是在 MOS的基础上改进的一种大电流，高放大倍数（跨道）新型功率晶体管，区别就是使用了V型槽，使MOS管的放大系数和工作电流大幅提升，但是同时也大幅增加了MOS的输入电容，是MOS管的一种大功率改进型产品，但是结构上已经与传统的MOS发生了巨大的差异。VMOS只有增强型的而没有MOS所特有的耗尽型的MOS管。

发展历史

1947年12月23日，美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里，3位科学家——巴丁博士、布莱顿博士和肖克莱博士在紧张而又有条不紊地做着实验。他们在导体电路中正在进行用半导体晶体把声音信号放大的实验。3位科学家惊奇地发现，在他们发明的器件中通过的一部分微量电流，竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流，因而产生了放大效应。这个器件，就是在科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。因它是在圣诞节前夕发明的，而且对人们未来的生活发生如此巨大的影响，所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。这3位科学家因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。

[2] 新研究发现，在晶体管电子流出端的衬底外，沉积一层对应材料，能形成一个半导体致冷P-N结构，因为N材料的电子能级低，P材料的电子能级高，当电子流过时，需要从衬底吸入热量，这就为晶体管核心散热提供一个很好的途径。因为带走的热量会与电流的大小成正比例，业内也称形象地把这个称为“电子血液”散热技术。根据添加新材料的极性位置不同，新的致冷三极管分别叫做N-PNP或NPN-P。

晶体管带来并促进了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。

工作原理

理论原理

晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N是负极的意思（代表英文中Negative），N型半导体在高纯度硅中加入磷取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而P是正极的意思（Positive）是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的

产品分类

a.按材质分: 硅管、锗管

b.按结构分: NPN 、 PNP。如图所示：

c.按功能分: 开关管、功率管、达林顿管、光敏管等.

d. 按功率分：小功率管、中功率管、大功率管

e.按工作频率分：低频管、高频管、超频管

f.按结构工艺分：合金管、平面管

g.按安装方式:插件三极管、贴片三极管

产品参数

特征频率

当f= fT时，三极管完全失去电流放大功能。如果工作频率大于fT,电路将不正常工作。 fT称作增益带宽积，即fT=βfo。若已知当前三极管的工作频率fo以及高频电流放大倍数，便可得出特征频率fT。随着工作频率的升高，放大倍数会下降．fT也可以定义为β=1时的频率．

电压/电流

用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围。

电流放大倍数。

集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压。

封装形式

指定该管的外观形状,如果其它参数都正确，封装不同将导致组件无法在电路板上实现。

判断类型

三极管的脚位判断，三极管的脚位有两种封装排列形式，如右图：三极管是一种结型电阻器件，它的三个引脚都有明显的电阻数据，测试时（以数字万用表为例，红笔+，黒笔-）我们将测试档位切换至 二极管档 （蜂鸣档）标志符号如右图：正常的NPN结构三极管的基极（B）对集电极（C）、发射极（E）的正向电阻是430Ω-680Ω（根据型号的不同，放大倍数的差异，这个值有所不同）反向电阻无穷大；正常的PNP 结构的三极管的基极（B）对集电极（C）、发射极（E）的反向电阻是430Ω-680Ω，正向电阻无穷大。集电极C对发射极E在不加偏流的情况下，电阻为无穷大。基极对集电极的测试电阻约等于基极对发射极的测试电阻，通常情况下，基极对集电极的测试电阻要比基极对发射极的测试电阻小5-100Ω左右（大功率管比较明显），如果超出这个值，这个元件的性能已经变坏，请不要再使用。如果误使用于电路中可能会导致整个或部分电路的工作点变坏，这个元件也可能不久就会损坏，大功率电路和高频电路对这种劣质元件反应比较明显。

尽管封装结构不同，但与同参数的其它型号的管子功能和性能是一样的，不同的封装结构只是应用于电路设计中特定的使用场合的需要。

要注意有些厂家生产一些不规范元件，例如C945正常的脚位是BCE，但有的厂家出的此元件脚位排列却是EBC，这会造成那些粗心的工作人员将新元件在未检测的情况下装入电路，导致电路不能工作，严重时烧毁相关联的元器件，比如电视机上用的开关电源。

在我们常用的万用表中，测试三极管的脚位排列图：

先假设三极管的某极为“基极”，将黑表笔接在假设基极上，再将红表笔依次接到其余两个电极上，若两次测得的电阻都大(约几K到几十K)，或者都小(几百至几K)，对换表笔重复上述测量，若测得两个阻值相反(都很小或都很大)，则可确定假设的基极是正确的。否则另假设一极为“基极”，重复上述测试，以确定基极。

当基极确定后，将黑表笔接基极，红表笔接其它两极若测得电阻值都很少，则该三极管为NPN，反之为PNP。

判断集电极C和发射极E，以NPN为例：

把黑表笔接至假设的集电极C，红表笔接到假设的发射极E，并用手捏住B和C极，读出表头所示C，E电阻值，然后将红、黑表笔反接重测。若第一次电阻比第二次小，说明原假设成立。

结构类型

晶体三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电结。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

三极管的封装形式和管脚识别

常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定的规律， 底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点上，从左向右依次为e b c；对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为e b c。

国内各种类型的晶体三极管有许多种，管脚的排列不尽相同，在使用中不确定管脚排列的三极管，必须进行测量确定各管脚正确的位置，或查找晶体管使用手册，明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。

产品作用

晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。

工作状态

截止状态

当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。

放大状态

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。

饱和导通

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。

根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。

产品判别

三极管基极的判别：根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是三极管中两个PN结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个PN结的公共极，即为三极管的基极。具体方法是将多用电表调至电阻挡的R×1k挡，先用红表笔放在三极管的一只脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只脚，如果两次全通，则红表笔所放的脚就是三极管的基极。如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个脚，再测两次；如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。这样最多量12次，总可以找到基极。

三极管类型的判别： 三极管只有两种类型，即PNP型和NPN型。判别时只要知道基极是P型还N型即可。当用多用电表R×1k挡时，黑表笔代表电源正极，如果黑表笔接基极时导通，则说明三极管的基极为P型，三极管即为NPN型。如果红表笔接基极导通，则说明三极管基极为N型，三极管即为PNP型。

放大电路

基本结构

基本放大电路是放大电路中最基本的结构，是构成复杂放大电路的基本单元。它利用双极型半导体三极管输入电流控制输出电流的特性，或场效应半导体三极管输入电压控制输出电流的特性，实现信号的放大。本章基本放大电路的知识是进一步学习电子技术的重要基础。 基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。从电路的角度来看，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。放大的作用体现在如下方面：

1．放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。

2．输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。

电路组成

共射组态基本放大电路是输入信号加在基极和发射极之间，耦合电容器C1和Ce视为对交流信号短路。输出信号从集电极对地取出，经耦合电容器C2隔除直流量，仅将交流信号加到负载电阻RL之上。放大电路的共射组态实际上是指放大电路中的三极管是共射组态。

在输入信号为零时，直流电源通过各偏置电阻为三极管提供直流的基极电流和直流集电极电流，并在三极管的三个极间形成一定的直流电压。由于耦合电容的隔直流作用，直流电压无法到达放大电路的输入端和输出端。

当输入交流信号通过耦合电容C1和Ce加在三极管的发射结上时，发射结上的电压变成交、直流的叠加。放大电路中信号的情况比较复杂，各信号的符号规定如下：由于三极管的电流放大作用，ic要比ib大几十倍，一般来说，只要电路参数设置合适，输出电压可以比输入电压高许多倍。uCE中的交流量 有一部分经过耦合电容到达负载电阻，形成输出电压。完成电路的放大作用。

由此可见，放大电路中三极管集电极的直流信号不随输入信号而改变，而交流信号随输入信号发生变化。在放大过程中，集电极交流信号是叠加在直流信号上的，经过耦合电容，从输出端提取的只是交流信号。因此，在分析放大电路时，可以采用将交、直流信号分开的办法，可以分成直流通路和交流通路来分析。

组成原则

1．保证放大电路的核心器件三极管工作在放大状态，即有合适的偏置。也就是说发射结正偏，集电结反偏。

2．输入回路的设置应当使输入信号耦合到三极管的输入电极，形成变化的基极电流，从而产生三极管的电流控制关系，变成集电极电流的变化。

3．输出回路的设置应该保证将三极管放大以后的电流信号转变成负载需要的电量形式（输出电压或输出电流）。

产品符号

中间横线是基极B，另一斜线是集电极C，带箭头的是发射极E。

测判口诀

1： 三颠倒，找基极

大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管。

测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×100或R×1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。

假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。

2：PN结，定管型

找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。

3：顺箭头，偏转大

找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。

(1) 对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路。根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔→c极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致顺箭头，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。

(2) 对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔→e极→b极→c极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。

4：测不出，动嘴巴

若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。

三极管