三极管工作原理及主要参数详解 - 全文

三极管（全称：半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管），是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号， 也用作无触点开关。介绍三极管的工作原理以及主要参数。

晶体三极管

晶体三极管是p型和n型半导体的有机结合，两个pn结之间的相互影响，使pn结的功能发生了质的飞跃，具有电流放大作用。晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。如图2-17所示。（用Q、VT、PQ表示）三极管之所以具有电流放大作用，首先，制造工艺上的两个特点：

（1）基区的宽度做的非常薄;

（2）发射区掺杂浓度高，即发射区与集电区相比具有杂质浓度高出数百倍。

晶体三极管的工作原理

三极管工作必要条件是（a）在B极和E极之间施加正向电压（此电压的大小不能超过1V）;（b）在C极和E极之间施加反向电压（此电压应比eb间电压较高）;（c）若要取得输出必须施加负载。

当三极管满足必要的工作条件后，其工作原理如下：

（1） 基极有电流流动时。由于B极和E极之间有正向电压，所以电子从发射极向基极移动，又因为C极和E极间施加了反向电压，因此，从发射极向基极移动的电子，在高电压的作用下，通过基极进入集电极。于是，在基极所加的正电压的作用下，发射极的大量电子被输送到集电极，产生很大的集电极电流。

（2）基极无电流流动时。在B极和E极之间不能施加电压的状态时，由于C极和E极间施加了反向电压，所以集电极的电子受电源正电压吸引而在C极和E极之间产生空间电荷区，阻碍了从发射极向集电极的电子流动，因而就没有集电极电流产生。

综上所述，在晶体三极管中很小的基极电流可以导致很大的集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。此外，三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止，这就是三极管的开关作用（开关特性）。

晶体三极管共发射极放大原理如下图所示：

A、vt是一个npn型三极管，起放大作用。

B、ecc 集电极回路电源（集电结反偏）为输出信号提供能量。

C、rc 是集电极直流负载电阻，可以把电流的变化量转化成电压的变化量反映在输出端。

D、基极电源ebb和基极电阻rb，一方面为发射结提供正向偏置电压，同时也决定了基极电流ib.

E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合电容。

F、rl是交流负载等效电阻。

交流通路：ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui负端。

（1）在日常使用中采用两组电源不便，可用一组供电。

（2）为简化电路，用“UCC”的端点和“地”表示直流电源。

（3）把输入信号电压、输出信号电压和直流电源的公共端点称为“地”并用符号“丄”表示，以地端作零电位参考。

画外音： 我们可以用水龙头与闸门放水的关系，来想象或者说是理解三极管的放大原理。其示意图如下图 2-20 所示：

图 2-20 三极管放大原理参考示意图

① 如图 2.20 （a）所示：当发射结无电压或施加电压在门限电压以下，相当于闸门关紧时，水未从水龙头底部通过水嘴流出来。此时， ec 之间电阻值无穷大， ec 之间的电流处于截止状态，或者说是开关的 OFF 状态。

图 2-20 三极管放大原理参考示意图

② 如图 2.20 （ b ）所示：当对发射结施加电压在门限电压范围时（以硅管 0.7V 左右为例），相当于闸门松动一点点，从水龙头底部通过水嘴流出的水成滴答状态。此时， ec 之间的电阻值也下降了一点点。

图 2-20 三极管放大原理参考示意图

③ 如图 2.20 （ c ）所示：当对发射结施加电压在 0.8V 时，相当于闸门已打开三分之一的状态时，水龙头底部已经可以有三分之一的水通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降了三分之一， ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。

图 2-20 三极管放大原理参考示意图

④ 如图 2.20 （ d ）所示：当对发射结施加电压在 0.9V 时，相当于闸门已打开三分之二的状态时，水龙头底部已经可以有三分之二的水通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降了三分之二， ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。

图 2-20三极管放大原理参考示意图

⑤ 如图 2.20 （ e ）所示：当对发射结施加电压在 1V 或者 1V 以上时，相当于闸门已完全打开的状态时，水龙头底部所有的水已经可以通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降为“ 0 ”，或者说很小，可以或略不计， ec 之间的电流处于饱和状态，或者说是开关的 ON 状态。

三极管主要参数

三极管的主要参数分为三种，即直流参数、交流参数和极限参数，下面分别介绍：

直流参数

•共发射极直流放大倍数β=Ic/Ib

•集电极—基极反向截止电流Icbo，Ic=0时，基极和集电极间加规定反向电压时的集电极电流。Icb越小，说明三极管的集电结质量越好。

•集电极—发射极反向截止电流Iceo（穿透电流），Ib=0时，集电极—发射极之间在规定反向电压时的集电极电流。要求Iceo越小越好。

交流参数

•共发射极交流放大倍数β=△Ic/△Ib，其中△Ib是Ib的变化量，△Ic时Ic对应的变化量，三极管β值一般以20～100之间为好。

•共基极交流放大倍数α=△Ic/△Ie约等于≈1。

极限参数

•集电极最大允许电流Icm，集电极Ic值超过一定限额β值会下降，当β下降到额定值的1/2～2/3时的Ic值称Icm，正常工作时不允许超过Icm。

•集电极—发射极之间击穿电压BUceo：指基极开路时，集电极和发射极之间的击穿电压。

•集电极最大允许耗散功率Pcm：由于集电结处于反向连接，所以，电阻很大。当电流流过集电结时，集电结就会产生热量，为了使集电结的温度不超过规定值，集电极耗散功率将受到限制，一般应使Pcm≤IcUce。