三極管工作原理及主要參數(shù)詳解

三極管（全稱：半導(dǎo)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(dǎo)體器件其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)， 也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。介紹三極管的工作原理以及主要參數(shù)。

晶體三極管

晶體三極管是p型和n型半導(dǎo)體的有機(jī)結(jié)合，兩個(gè)pn結(jié)之間的相互影響，使pn結(jié)的功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，具有電流放大作用。晶體三極管按結(jié)構(gòu)粗分有npn型和pnp型兩種類型。如圖2-17所示。（用Q、VT、PQ表示）三極管之所以具有電流放大作用，首先，制造工藝上的兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）基區(qū)的寬度做的非常薄;

（2）發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，即發(fā)射區(qū)與集電區(qū)相比具有雜質(zhì)濃度高出數(shù)百倍。

晶體三極管的工作原理

三極管工作必要條件是（a）在B極和E極之間施加正向電壓（此電壓的大小不能超過1V）;（b）在C極和E極之間施加反向電壓（此電壓應(yīng)比eb間電壓較高）;（c）若要取得輸出必須施加負(fù)載。

當(dāng)三極管滿足必要的工作條件后，其工作原理如下：

（1） 基極有電流流動(dòng)時(shí)。由于B極和E極之間有正向電壓，所以電子從發(fā)射極向基極移動(dòng)，又因?yàn)镃極和E極間施加了反向電壓，因此，從發(fā)射極向基極移動(dòng)的電子，在高電壓的作用下，通過基極進(jìn)入集電極。于是，在基極所加的正電壓的作用下，發(fā)射極的大量電子被輸送到集電極，產(chǎn)生很大的集電極電流。

（2）基極無電流流動(dòng)時(shí)。在B極和E極之間不能施加電壓的狀態(tài)時(shí)，由于C極和E極間施加了反向電壓，所以集電極的電子受電源正電壓吸引而在C極和E極之間產(chǎn)生空間電荷區(qū)，阻礙了從發(fā)射極向集電極的電子流動(dòng)，因而就沒有集電極電流產(chǎn)生。

綜上所述，在晶體三極管中很小的基極電流可以導(dǎo)致很大的集電極電流，這就是三極管的電流放大作用。此外，三極管還能通過基極電流來控制集電極電流的導(dǎo)通和截止，這就是三極管的開關(guān)作用（開關(guān)特性）。

晶體三極管共發(fā)射極放大原理如下圖所示：

A、vt是一個(gè)npn型三極管，起放大作用。

B、ecc 集電極回路電源（集電結(jié)反偏）為輸出信號(hào)提供能量。

C、rc 是集電極直流負(fù)載電阻，可以把電流的變化量轉(zhuǎn)化成電壓的變化量反映在輸出端。

D、基極電源ebb和基極電阻rb，一方面為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，同時(shí)也決定了基極電流ib.

E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合電容。

F、rl是交流負(fù)載等效電阻。

交流通路：ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui負(fù)端。

（1）在日常使用中采用兩組電源不便，可用一組供電。

（2）為簡(jiǎn)化電路，用“UCC”的端點(diǎn)和“地”表示直流電源。

（3）把輸入信號(hào)電壓、輸出信號(hào)電壓和直流電源的公共端點(diǎn)稱為“地”并用符號(hào)“丄”表示，以地端作零電位參考。

畫外音： 我們可以用水龍頭與閘門放水的關(guān)系，來想象或者說是理解三極管的放大原理。其示意圖如下圖 2-20 所示：

圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖

① 如圖 2.20 （a）所示：當(dāng)發(fā)射結(jié)無電壓或施加電壓在門限電壓以下，相當(dāng)于閘門關(guān)緊時(shí)，水未從水龍頭底部通過水嘴流出來。此時(shí)， ec 之間電阻值無窮大， ec 之間的電流處于截止?fàn)顟B(tài)，或者說是開關(guān)的 OFF 狀態(tài)。

圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖

② 如圖 2.20 （ b ）所示：當(dāng)對(duì)發(fā)射結(jié)施加電壓在門限電壓范圍時(shí)（以硅管 0.7V 左右為例），相當(dāng)于閘門松動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)，從水龍頭底部通過水嘴流出的水成滴答狀態(tài)。此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降了一點(diǎn)點(diǎn)。

圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖

③ 如圖 2.20 （ c ）所示：當(dāng)對(duì)發(fā)射結(jié)施加電壓在 0.8V 時(shí)，相當(dāng)于閘門已打開三分之一的狀態(tài)時(shí)，水龍頭底部已經(jīng)可以有三分之一的水通過水嘴流出來了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降了三分之一， ec 之間的電流處于調(diào)控或者說是放大狀態(tài)。

圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖

④ 如圖 2.20 （ d ）所示：當(dāng)對(duì)發(fā)射結(jié)施加電壓在 0.9V 時(shí)，相當(dāng)于閘門已打開三分之二的狀態(tài)時(shí)，水龍頭底部已經(jīng)可以有三分之二的水通過水嘴流出來了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降了三分之二， ec 之間的電流處于調(diào)控或者說是放大狀態(tài)。

圖 2-20三極管放大原理參考示意圖

⑤ 如圖 2.20 （ e ）所示：當(dāng)對(duì)發(fā)射結(jié)施加電壓在 1V 或者 1V 以上時(shí)，相當(dāng)于閘門已完全打開的狀態(tài)時(shí)，水龍頭底部所有的水已經(jīng)可以通過水嘴流出來了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降為“ 0 ”，或者說很小，可以或略不計(jì)， ec 之間的電流處于飽和狀態(tài)，或者說是開關(guān)的 ON 狀態(tài)。

三極管主要參數(shù)

三極管的主要參數(shù)分為三種，即直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，下面分別介紹：

直流參數(shù)

•共發(fā)射極直流放大倍數(shù)β=Ic/Ib

•集電極—基極反向截止電流Icbo，Ic=0時(shí)，基極和集電極間加規(guī)定反向電壓時(shí)的集電極電流。Icb越小，說明三極管的集電結(jié)質(zhì)量越好。

•集電極—發(fā)射極反向截止電流Iceo（穿透電流），Ib=0時(shí)，集電極—發(fā)射極之間在規(guī)定反向電壓時(shí)的集電極電流。要求Iceo越小越好。

交流參數(shù)

•共發(fā)射極交流放大倍數(shù)β=△Ic/△Ib，其中△Ib是Ib的變化量，△Ic時(shí)Ic對(duì)應(yīng)的變化量，三極管β值一般以20～100之間為好。

•共基極交流放大倍數(shù)α=△Ic/△Ie約等于≈1。

極限參數(shù)

•集電極最大允許電流Icm，集電極Ic值超過一定限額β值會(huì)下降，當(dāng)β下降到額定值的1/2～2/3時(shí)的Ic值稱Icm，正常工作時(shí)不允許超過Icm。

•集電極—發(fā)射極之間擊穿電壓BUceo：指基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。

•集電極最大允許耗散功率Pcm：由于集電結(jié)處于反向連接，所以，電阻很大。當(dāng)電流流過集電結(jié)時(shí)，集電結(jié)就會(huì)產(chǎn)生熱量，為了使集電結(jié)的溫度不超過規(guī)定值，集電極耗散功率將受到限制，一般應(yīng)使Pcm≤IcUce。