三極管工作原理及主要參數詳解

三極管（全稱(chēng)：半導體三極管，也稱(chēng)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(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。介紹三極管的工作原理以及主要參數。

晶體三極管

晶體三極管是p型和n型半導體的有機結合，兩個(gè)pn結之間的相互影響，使pn結的功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，具有電流放大作用。晶體三極管按結構粗分有npn型和pnp型兩種類(lèi)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）基區的寬度做的非常薄;

（2）發(fā)射區摻雜濃度高，即發(fā)射區與集電區相比具有雜質(zhì)濃度高出數百倍。

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(guò)1V）;（b）在C極和E極之間施加反向電壓（此電壓應比eb間電壓較高）;（c）若要取得輸出必須施加負載。

當三極管滿(mǎn)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)，又因為C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(guò)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(wú)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，阻礙了從發(fā)射極向集電極的電子流動(dòng)，因而就沒(méi)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(guò)基極電流來(lái)控制集電極電流的導通和截止，這就是三極管的開(kāi)關(guān)作用（開(kāi)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（集電結反偏）為輸出信號提供能量。

C、rc 是集電極直流負載電阻，可以把電流的變化量轉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是交流負載等效電阻。

交流通路：ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui負端。

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

畫(huà)外音： 我們可以用水龍頭與閘門(mén)放水的關(guān)系，來(lái)想象或者說(shuō)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：當發(fā)射結無(wú)電壓或施加電壓在門(mén)限電壓以下，相當于閘門(mén)關(guān)緊時(shí)，水未從水龍頭底部通過(guò)水嘴流出來(lái)。此時(shí)， ec 之間電阻值無(wú)窮大， ec 之間的電流處于截止狀態(tài)，或者說(shuō)是開(kāi)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：當對發(fā)射結施加電壓在門(mén)限電壓范圍時(shí)（以硅管 0.7V 左右為例），相當于閘門(mén)松動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)，從水龍頭底部通過(guò)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：當對發(fā)射結施加電壓在 0.8V 時(shí)，相當于閘門(mén)已打開(kāi)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(guò)水嘴流出來(lái)了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降了三分之一， ec 之間的電流處于調控或者說(shuō)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：當對發(fā)射結施加電壓在 0.9V 時(shí)，相當于閘門(mén)已打開(kāi)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(guò)水嘴流出來(lái)了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降了三分之二， ec 之間的電流處于調控或者說(shuō)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：當對發(fā)射結施加電壓在 1V 或者 1V 以上時(shí)，相當于閘門(mén)已完全打開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，水龍頭底部所有的水已經(jīng)可以通過(guò)水嘴流出來(lái)了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降為“ 0 ”，或者說(shuō)很小，可以或略不計， ec 之間的電流處于飽和狀態(tài)，或者說(shuō)是開(kāi)關(guān)的 ON 狀態(tài)。

三極管主要參數

三極管的主要參數分為三種，即直流參數、交流參數和極限參數，下面分別介紹：

直流參數

•共發(fā)射極直流放大倍數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定反向電壓時(shí)的集電極電流。Icb越小，說(shuō)明三極管的集電結質(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)射極之間在規定反向電壓時(shí)的集電極電流。要求Iceo越小越好。

交流參數

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

•共基極交流放大倍數α=△Ic/△Ie約等于≈1。

極限參數

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

•集電極—發(fā)射極之間擊穿電壓BUceo：指基極開(kāi)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：由于集電結處于反向連接，所以，電阻很大。當電流流過(guò)集電結時(shí)，集電結就會(huì )產(chǎn)生熱量，為了使集電結的溫度不超過(guò)規定值，集電極耗散功率將受到限制，一般應使Pcm≤IcUce。