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晶體三極管

來自 電子通

中文名：晶體三極管 外文名：Bipolar Junction Transistor 別 名：三極管 發明時間：1947年 材 料：半導體 應用領域：實現電流放大 功 能：控制電路

晶體三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關。

三極管是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。

基本釋義

三極管（也稱晶體管）在中文含義裡面只是對三個引腳的放大器件的統稱，我們常說的三極管，可能是 如圖所示的幾種器件。

可以看到，雖然都叫三極管，其實在英文裡面的說法是千差萬別的，三極管這個詞彙其實也是中文特有的一個象形意義上的的詞彙。

「Triode」（電子三極管）這個是英漢詞典裡面 「三極管」 的唯一英文翻譯，與電子三極管初次出現有關，是真正意義上的三極管這個詞最初所指的物品。其餘的在中文裡稱作三極管的器件，實際翻譯時不可以翻譯成Triode。

電子三極管 Triode （俗稱電子管的一種）

雙極型晶體管 BJT （Bipolar Junction Transistor）

J型場效應管 Junction gate FET（Field Effect Transistor）

金屬氧化物半導體場效應晶體管 MOS FET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)英文全稱

V型槽場效應管 VMOS （Vertical Metal Oxide Semiconductor ）

註：這三者看上去都是場效應管，其實金屬氧化物半導體場效應晶體管 、V型槽溝道場效應管 是 單極（Unipolar）結構的，是和 雙極（Bipolar）是對應的，所以也可以統稱為單極晶體管（Unipolar Junction Transistor）。

其中J型場效應管是非絕緣型場效應管，MOS FET 和VMOS都是絕緣型的場效應管。

VMOS是在 MOS的基礎上改進的一種大電流，高放大倍數（跨道）新型功率晶體管，區別就是使用了V型槽，使MOS管的放大係數和工作電流大幅提升，但是同時也大幅增加了MOS的輸入電容，是MOS管的一種大功率改進型產品，但是結構上已經與傳統的MOS發生了巨大的差異。VMOS只有增強型的而沒有MOS所特有的耗盡型的MOS管。

發展歷史

1947年12月23日，美國新澤西州墨累山的貝爾實驗室里，3位科學家——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着實驗。他們在導體電路中正在進行用半導體晶體把聲音信號放大的實驗。3位科學家驚奇地發現，在他們發明的器件中通過的一部分微量電流，竟然可以控制另一部分流過的大得多的電流，因而產生了放大效應。這個器件，就是在科技史上具有劃時代意義的成果——晶體管。因它是在聖誕節前夕發明的，而且對人們未來的生活發生如此巨大的影響，所以被稱為「獻給世界的聖誕節禮物」。這3位科學家因此共同榮獲了1956年諾貝爾物理學獎。

[2] 新研究發現，在晶體管電子流出端的襯底外，沉積一層對應材料，能形成一個半導體致冷P-N結構，因為N材料的電子能級低，P材料的電子能級高，當電子流過時，需要從襯底吸入熱量，這就為晶體管核心散熱提供一個很好的途徑。因為帶走的熱量會與電流的大小成正比例，業內也稱形象地把這個稱為「電子血液」散熱技術。根據添加新材料的極性位置不同，新的致冷三極管分別叫做N-PNP或NPN-P。

晶體管帶來並促進了「固態革命」，進而推動了全球範圍內的半導體電子工業。作為主要部件，它及時、普遍地首先在通訊工具方面得到應用，並產生了巨大的經濟效益。由於晶體管徹底改變了電子線路的結構，集成電路以及大規模集成電路應運而生，這樣製造像高速電子計算機之類的高精密裝置就變成了現實。

工作原理

理論原理

晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N是負極的意思（代表英文中Negative），N型半導體在高純度硅中加入磷取代一些硅原子，在電壓刺激下產生自由電子導電，而P是正極的意思（Positive）是加入硼取代硅，產生大量空穴利於導電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的

產品分類

a.按材質分: 硅管、鍺管

b.按結構分: NPN 、 PNP。如圖所示：

c.按功能分: 開關管、功率管、達林頓管、光敏管等.

d. 按功率分：小功率管、中功率管、大功率管

e.按工作頻率分：低頻管、高頻管、超頻管

f.按結構工藝分：合金管、平面管

g.按安裝方式:插件三極管、貼片三極管

產品參數

特徵頻率

當f= fT時，三極管完全失去電流放大功能。如果工作頻率大於fT,電路將不正常工作。 fT稱作增益帶寬積，即fT=βfo。若已知當前三極管的工作頻率fo以及高頻電流放大倍數，便可得出特徵頻率fT。隨着工作頻率的升高，放大倍數會下降．fT也可以定義為β=1時的頻率．

電壓/電流

用這個參數可以指定該管的電壓電流使用範圍。

電流放大倍數。

集電極發射極反向擊穿電壓,表示臨界飽和時的飽和電壓。

封裝形式

指定該管的外觀形狀,如果其它參數都正確，封裝不同將導致組件無法在電路板上實現。

判斷類型

三極管的腳位判斷，三極管的腳位有兩種封裝排列形式，如右圖：三極管是一種結型電阻器件，它的三個引腳都有明顯的電阻數據，測試時（以數字萬用表為例，紅筆+，黒筆-）我們將測試檔位切換至 二極管檔 （蜂鳴檔）標誌符號如右圖：正常的NPN結構三極管的基極（B）對集電極（C）、發射極（E）的正向電阻是430Ω-680Ω（根據型號的不同，放大倍數的差異，這個值有所不同）反向電阻無窮大；正常的PNP 結構的三極管的基極（B）對集電極（C）、發射極（E）的反向電阻是430Ω-680Ω，正向電阻無窮大。集電極C對發射極E在不加偏流的情況下，電阻為無窮大。基極對集電極的測試電阻約等於基極對發射極的測試電阻，通常情況下，基極對集電極的測試電阻要比基極對發射極的測試電阻小5-100Ω左右（大功率管比較明顯），如果超出這個值，這個元件的性能已經變壞，請不要再使用。如果誤使用於電路中可能會導致整個或部分電路的工作點變壞，這個元件也可能不久就會損壞，大功率電路和高頻電路對這種劣質元件反應比較明顯。

儘管封裝結構不同，但與同參數的其它型號的管子功能和性能是一樣的，不同的封裝結構只是應用於電路設計中特定的使用場合的需要。

要注意有些廠家生產一些不規範元件，例如C945正常的腳位是BCE，但有的廠家出的此元件腳位排列卻是EBC，這會造成那些粗心的工作人員將新元件在未檢測的情況下裝入電路，導致電路不能工作，嚴重時燒毀相關聯的元器件，比如電視機上用的開關電源。

在我們常用的萬用表中，測試三極管的腳位排列圖：

先假設三極管的某極為「基極」，將黑表筆接在假設基極上，再將紅表筆依次接到其餘兩個電極上，若兩次測得的電阻都大(約幾K到幾十K)，或者都小(幾百至幾K)，對換表筆重複上述測量，若測得兩個阻值相反(都很小或都很大)，則可確定假設的基極是正確的。否則另假設一極為「基極」，重複上述測試，以確定基極。

當基極確定後，將黑表筆接基極，紅表筆接其它兩極若測得電阻值都很少，則該三極管為NPN，反之為PNP。

判斷集電極C和發射極E，以NPN為例：

把黑表筆接至假設的集電極C，紅表筆接到假設的發射極E，並用手捏住B和C極，讀出表頭所示C，E電阻值，然後將紅、黑表筆反接重測。若第一次電阻比第二次小，說明原假設成立。

結構類型

晶體三極管是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。

從三個區引出相應的電極，分別為基極b發射極e和集電極c。

發射區和基區之間的PN結叫發射結，集電區和基區之間的PN結叫集電結。基區很薄，而發射區較厚，雜質濃度大，PNP型三極管發射區"發射"的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發射極箭頭向里；NPN型三極管發射區"發射"的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發射極箭頭向外。發射極箭頭指向也是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型兩種類型。

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，引腳的排列方式具有一定的規律， 底視圖位置放置，使三個引腳構成等腰三角形的頂點上，從左向右依次為e b c；對於中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個引腳朝下放置，則從左到右依次為e b c。

國內各種類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參數和資料。

產品作用

晶體三極管具有電流放大作用，其實質是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數，用符號「β」表示。電流放大倍數對於某一隻三極管來說是一個定值，但隨着三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。

工作狀態

截止狀態

當加在三極管發射結的電壓小於PN結的導通電壓，基極電流為零，集電極電流和發射極電流都為零，三極管這時失去了電流放大作用，集電極和發射極之間相當於開關的斷開狀態，我們稱三極管處於截止狀態。

放大狀態

當加在三極管發射結的電壓大於PN結的導通電壓，並處於某一恰當的值時，三極管的發射結正向偏置，集電結反向偏置，這時基極電流對集電極電流起着控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數β=ΔIc/ΔIb，這時三極管處放大狀態。

飽和導通

當加在三極管發射結的電壓大於PN結的導通電壓，並當基極電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨着基極電流的增大而增大，而是處於某一定值附近不怎麼變化，這時三極管失去電流放大作用，集電極與發射極之間的電壓很小，集電極和發射極之間相當於開關的導通狀態。三極管的這種狀態我們稱之為飽和導通狀態。

根據三極管工作時各個電極的電位高低，就能判別三極管的工作狀態，因此，電子維修人員在維修過程中，經常要拿多用電錶測量三極管各腳的電壓，從而判別三極管的工作情況和工作狀態。

產品判別

三極管基極的判別：根據三極管的結構示意圖，我們知道三極管的基極是三極管中兩個PN結的公共極，因此，在判別三極管的基極時，只要找出兩個PN結的公共極，即為三極管的基極。具體方法是將多用電錶調至電阻擋的R×1k擋，先用紅表筆放在三極管的一隻腳上，用黑表筆去碰三極管的另兩隻腳，如果兩次全通，則紅表筆所放的腳就是三極管的基極。如果一次沒找到，則紅表筆換到三極管的另一個腳，再測兩次；如還沒找到，則紅表筆再換一下，再測兩次。如果還沒找到，則改用黑表筆放在三極管的一個腳上，用紅表筆去測兩次看是否全通，若一次沒成功再換。這樣最多量12次，總可以找到基極。

三極管類型的判別： 三極管只有兩種類型，即PNP型和NPN型。判別時只要知道基極是P型還N型即可。當用多用電錶R×1k擋時，黑表筆代表電源正極，如果黑表筆接基極時導通，則說明三極管的基極為P型，三極管即為NPN型。如果紅表筆接基極導通，則說明三極管基極為N型，三極管即為PNP型。

放大電路

基本結構

基本放大電路是放大電路中最基本的結構，是構成複雜放大電路的基本單元。它利用雙極型半導體三極管輸入電流控制輸出電流的特性，或場效應半導體三極管輸入電壓控制輸出電流的特性，實現信號的放大。本章基本放大電路的知識是進一步學習電子技術的重要基礎。 基本放大電路一般是指由一個三極管或場效應管組成的放大電路。從電路的角度來看，可以將基本放大電路看成一個雙端口網絡。放大的作用體現在如下方面：

1．放大電路主要利用三極管或場效應管的控制作用放大微弱信號，輸出信號在電壓或電流的幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強。

2．輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，只是經過三極管的控制，使之轉換成信號能量，提供給負載。

電路組成

共射組態基本放大電路是輸入信號加在基極和發射極之間，耦合電容器C1和Ce視為對交流信號短路。輸出信號從集電極對地取出，經耦合電容器C2隔除直流量，僅將交流信號加到負載電阻RL之上。放大電路的共射組態實際上是指放大電路中的三極管是共射組態。

在輸入信號為零時，直流電源通過各偏置電阻為三極管提供直流的基極電流和直流集電極電流，並在三極管的三個極間形成一定的直流電壓。由於耦合電容的隔直流作用，直流電壓無法到達放大電路的輸入端和輸出端。

當輸入交流信號通過耦合電容C1和Ce加在三極管的發射結上時，發射結上的電壓變成交、直流的疊加。放大電路中信號的情況比較複雜，各信號的符號規定如下：由於三極管的電流放大作用，ic要比ib大幾十倍，一般來說，只要電路參數設置合適，輸出電壓可以比輸入電壓高許多倍。uCE中的交流量 有一部分經過耦合電容到達負載電阻，形成輸出電壓。完成電路的放大作用。

由此可見，放大電路中三極管集電極的直流信號不隨輸入信號而改變，而交流信號隨輸入信號發生變化。在放大過程中，集電極交流信號是疊加在直流信號上的，經過耦合電容，從輸出端提取的只是交流信號。因此，在分析放大電路時，可以採用將交、直流信號分開的辦法，可以分成直流通路和交流通路來分析。

組成原則

1．保證放大電路的核心器件三極管工作在放大狀態，即有合適的偏置。也就是說發射結正偏，集電結反偏。

2．輸入迴路的設置應當使輸入信號耦合到三極管的輸入電極，形成變化的基極電流，從而產生三極管的電流控制關係，變成集電極電流的變化。

3．輸出迴路的設置應該保證將三極管放大以後的電流信號轉變成負載需要的電量形式（輸出電壓或輸出電流）。

產品符號

中間橫線是基極B，另一斜線是集電極C，帶箭頭的是發射極E。

測判口訣

1： 三顛倒，找基極

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

測試三極管要使用萬用電錶的歐姆擋，並選擇R×100或R×1k擋位。圖2繪出了萬用電錶歐姆擋的等效電路。紅表筆所連接的是表內電池的負極，黑表筆則連接着表內電池的正極。

假定我們並不知道被測三極管是NPN型還是PNP型，也分不清各管腳是什麼電極。測試的第一步是判斷哪個管腳是基極。這時，我們任取兩個電極(如這兩個電極為1、2)，用萬用電錶兩支表筆顛倒測量它的正、反向電阻，觀察錶針的偏轉角度；接着，再取1、3兩個電極和2、3兩個電極，分別顛倒測量它們的正、反向電阻，觀察錶針的偏轉角度。在這三次顛倒測量中，必然有兩次測量結果相近：即顛倒測量中錶針一次偏轉大，一次偏轉小；剩下一次必然是顛倒測量前後指針偏轉角度都很小，這一次未測的那隻管腳就是我們要尋找的基極。

2：PN結，定管型

找出三極管的基極後，我們就可以根據基極與另外兩個電極之間PN結的方向來確定管子的導電類型。將萬用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個電極中的任一電極，若表頭指針偏轉角度很大，則說明被測三極管為NPN型管；若表頭指針偏轉角度很小，則被測管即為PNP型。

3：順箭頭，偏轉大

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

(1) 對於NPN型三極管，穿透電流的測量電路。根據這個原理，用萬用電錶的黑、紅表筆顛倒測量兩極間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測量中萬用表指針偏轉角度都很小，但仔細觀察，總會有一次偏轉角度稍大，此時電流的流向一定是：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，所以此時黑表筆所接的一定是集電極c，紅表筆所接的一定是發射極e。

(2) 對於PNP型的三極管，道理也類似於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，所以此時黑表筆所接的一定是發射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。

4：測不出，動嘴巴

若在「順箭頭，偏轉大」的測量過程中，若由於顛倒前後的兩次測量指針偏轉均太小難以區分時，就要「動嘴巴」了。具體方法是：在「順箭頭，偏轉大」的兩次測量中，用兩隻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集電極c與發射極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