你真的很懂三極管嗎？

　　三極管，全稱應(yīng)為半導(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放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)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(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。

　　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實驗。他們在導(dǎo)體電路中正在進行用半導(dǎo)體晶體把聲音信號放大的實驗。3位科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，在他們發(fā)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(chǎn)生了放大效應(yīng)。這個器件，就是在科技史上具有劃時代意義的成果——晶體管。因它是在圣誕節(jié)前夕發(fā)明的，而且對人們未來的生活發(fā)生如此巨大的影響，所以被稱為“獻給世界的圣誕節(jié)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。

　　晶體管促進并帶來了“固態(tài)革命”，進而推動了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件，它及時、普遍地首先在通訊工具方面得到應(yīng)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路的結(jié)構(gòu)，集成電路以及大規(guī)模集成電路應(yīng)運而生，這樣制造像高速電子計算機之類的高精密裝置就變成了現(xiàn)實。

　　三極管的含義

　　三極管（也稱晶體管）在中文含義里面只是對三個引腳的放大器件的統(tǒng)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，其實在英文里面的說法是千差萬別的，三極管這個詞匯其實也是中文特有的一個象形意義上的的詞匯。

　　電子三極管 Triode 這個是英漢字典里面“三極管”這個詞匯的唯一英文翻譯，這是和電子三極管最早出現(xiàn)有關(guān)系的，所以先入為主，也是真正意義上的三極管這個詞最初所指的物品。其余的那些被中文里叫做三極管的東西，實際翻譯的時候是絕對不可以翻譯成Triode的，否則就麻煩大咯，嚴謹?shù)卣f，在英文里面根本就沒有三個腳的管子這樣一個詞匯！

　　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(yīng)管 JuncTIon gate FET（Field Effect Transistor）

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

　　V型槽場效應(yīng)管 VMOS （VerTIcal Metal Oxide Semiconductor ）

　　注：這三者看上去都是場效應(yīng)管，其實金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 、V型槽溝道場效應(yīng)管 是 單極（Unipolar）結(jié)構(gòu)的，是和 雙極（Bipolar）是對應(yīng)的，所以也可以統(tǒng)稱為單極晶體管（Unipolar JuncTIon Transistor）

　　其中J型場效應(yīng)管是非絕緣型場效應(yīng)管，MOS FET 和VMOS都是絕緣型的場效應(yīng)管

　　VMOS是在 MOS的基礎(chǔ)上改進的一種大電流，高放大倍數(shù)（跨道）新型功率晶體管，區(qū)別就是使用了V型槽，使MOS管的放大系數(shù)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(chǎn)品，但是結(jié)構(gòu)上已經(jīng)與傳統(tǒng)的MOS發(fā)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

　　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(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。

　　對于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，三條引線分別稱為發(fā)射極e （Emitter）、基極b （Base）和集電極c （Collector）。如下圖所示

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

　　在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)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(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流子。

　　由于基區(qū)很薄，加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進入集電區(qū)而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：

　　Ie=Ib+Ic

　　這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的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：β1--稱為直流放大倍數(shù)，

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

　　α1=Ic/Ie（Ic與Ie是直流通路中的電流大小）

　　式中：α1也稱為直流放大倍數(shù)，一般在共基極組態(tài)放大電路中使用，描述了射極電流與集電極電流的關(guān)系。

　　α =△Ic/△Ie

　　表達式中的α為交流共基極電流放大倍數(shù)。同理α與α1在小信號輸入時相差也不大。

　　對于兩個描述電流關(guān)系的放大倍數(shù)有以下關(guān)系

　　三極管的電流放大作用實際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的巨大變化。

　　三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常通過電阻將三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?br />

　　放大原理

　　1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子

　　電源Ub經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）不斷地越過發(fā)射結(jié)進入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同時基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于多數(shù)載流子濃度遠低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個電流，因此可以認為發(fā)射結(jié)主要是電子流。

　　2、基區(qū)中電子的擴散與復(fù)合

　　電子進入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因為基區(qū)很薄）與基區(qū)的空穴復(fù)合，擴散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力。

　　3、集電區(qū)收集電子

　　由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個反向電壓產(chǎn)生的電場力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴散，同時將擴散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子（空穴）也會產(chǎn)生漂移運動，流向基區(qū)形成反向飽和電流，用Icbo來表示，其數(shù)值很小，但對溫度卻異常敏感。

　　三極管的分類

　　1、材質(zhì)劃分

　　按材質(zhì)劃分，三極管可分為硅管材質(zhì)的三極管和鍺管材質(zhì)的三極管兩種。

　　2、按照結(jié)構(gòu)劃分

　　按照結(jié)構(gòu)劃分，三極管可分NPN型三極管和PNP型三極管兩種。

　　3、按照功能劃分

　　按照功能劃分，三極管可分為開關(guān)管、功率管、達林頓管、光敏管等。

　　4、按照功率劃分

　　按照功率劃分，三極管可分為小功率管、中功率管、大功率管三種。

　　5、按照工作頻率分

　　按照工作頻率分，三極管可分為低頻管、高頻管、超頻管三種。

　　6、按照結(jié)構(gòu)工藝分

　　按照結(jié)構(gòu)工藝分，三極管可分為合金管、平面管兩種。

　　7、按照安裝方式分

　　按照安裝方式分，三極管分為插件三極管、貼片三極管兩種。