三极管的基础知识

1 什么是三极管

三极管，不管是在模电还是数电中都是常见的电子器件，利用它的特性，在模电中通常作放大作用，而在数电中则作开关或者逻辑转换。三极管的核心结构是PN结，可以是NPN组合，也可以是PNP组合。NPN三极管如图所示：

PNP三极管如图所示：

三极管最基本的作用是放大，把微弱的电信号放大成一定强度的信号，实际是将电源能量转换成信号的能量。

NPN型和PNP型三极管电流流动如图所示：

三极管是电流控制器件，但是本身不能把小电流变成大电流，而是控制电路中的电源，间接放大电流。

2 三极管的性质

以NPN三极管为例：

电流： 从基极B出来的电子和从集电极C出来的电子最终都会回到发射极E，当作注入电子。即IE=IB+IC。

UBE： 当基极与发射极间电压UBE<0.7V时，基极B和集电极C几乎没有电流，IB=0，IC=0。UBE>0.7V时，IB激增，但是IB相对于IC来说还是很小。

IC： 当UC的值低于0.7V时，集电极C和基极B的PN结正偏，此时IC会随着UCE的减小而减小。

如图所示，假设该NPN三极管放大倍数为100倍，集电极C串联1K电阻接3V电源。

截止区： 当UBE<0.7V时截止，此时IB≈IC=0，C极电阻没有压降，所以UCE达到最大值3V。

放大区： UBE≈0.7V且βIB。

饱和区： UBE≈0.7V且βIB>ICmax，由于C极电流不可能高于3mA，所以IC保持在最大3mA不能再升高，UCE=0。

三极管一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极B上加一个微小的电流时，在集电极C上可以得到一个是基极电流β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。

输出特性曲线描述的是基极电流 IB为一定量时，集电极电流 IC与管压降 UCE之间的函数关系，如下所示：

3 三极管的分类

晶体三极管按材料分类：锗管和硅管。

晶体三极管按工作频率分类：小于3MHz为低频;3MHz。

晶体三极管按输出功率分类：小于1W为小功率管;1W。

晶体三极管按结构分类：NPN型和PNP型，区分两种三极管的关键是看发射极的箭头指向，如图所示：

NPN型三极管： 由两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧。

PNP型三极管： 由两块P型半导体中间夹着一块N型半导体所组成的三极管，也可以描述成，电流从发射极E流入的三极管。

电流控制

NPN型三极管： 用基极B流向发射极E的电流IB，控制集电极C流向发射极E的电流IC。发射极E电位最低，正常放大时通常VC>VB>VE。

PNP型三极管： 用发射极E流向基极B的电流IB，控制发射极E流向集电极C的电流IC。发射极E电位最高，正常放大时通常VC。

NPN型和PNP型三极管对比表如下：

三极管的正偏和反偏都是根据三极管的PN结来区分的，如果PN电压为正，则正偏，反之反偏。

4 三极管的参数

三极管主要性能参数：

直流参数： 1、共射直流电流放大系数β;2、ICBO是发射极开路时，集电结的反向饱和电流;3、ICEO是基极开路时，集电极与发射极之间的穿透电流。

交流参数： 1、共射交流电流放大系数β;2、特征频率fT，频率升高，β降为1时对应的频率。

极限参数： 1、最大集电极电流ICM，允许通过的最大电流;2、最大集电极耗散功率PCM，实际功率过大，会烧坏三极管;3、集电极-发射极间击穿电压UCEO，基极开路时，集-射极耐电压值。

关于三极管β值：

硅三极管β值常用范围为：30~200

锗三极管β值常用范围为：30~100。

β值越大，漏电流越大，β值过大的三极管性能不稳定。

5 三极管的应用

放大电路

三极管在放大电路中的三种基本接法，共射极电路(信号由基极输入，集电极输出)如图所示：

电压增益Av如下：

Vo与Vi的相位关系： 反相

最大电流增益Ai：

输入电阻：

输出电阻：

用途： 多级放大电路的中间级

共集电极电路(信号由基极输入，发射极输出)如图所示：

电压增益Av如下：

Vo与Vi的相位关系： 同相

最大电流增益Ai：

输入电阻：

输出电阻：

用途： 输入级、中间级、输出级

共基极电路(信号由发射极输入，集电极输出)如图所示：

电压增益Av如下：

Vo与Vi的相位关系： 同相

最大电流增益Ai：

输入电阻：

输出电阻：

用途： 高频或宽频带电路

共射极放大电路可以放大电压，也可以放大电流

共集极放大电路只能放大电流

共基极放大电路只能放大电压

开关电路

晶体三极管作为开关使用时，NPN型三极管控制接GND的引线，PNP型三极管控制接VCC的引线，如图所示：

NPN管，当基极输入高电平，则NPN三极管导通;PNP管，当基极输入低电平，则PNP三极管导通。

三极管闭合时是低阻态，断开时是高阻态，负载通常为蜂鸣器、继电器、LED显示器等。基极限流电阻R通常取值10K。

逻辑电路

非门(NOT)和与门(AND)电路图如下：

或门(OR)、与非门(NAND)和或非门(NOR)电路图如下：

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