详解三极管分类、工作原理、工作状态及功能应用

前言

今天我们来认识一个基础的电子元器件：三极管

内容主要概括为以下几个方面：

①认识三极管

②三极管的分类

③三极管的工作原理

④三极管的3种状态

⑤三极管的功能及应用

接下来笔者一一为大家进行介绍。

什么是三极管？

三极管，全称应为半导体三极管，也被称为双极型晶体管或晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。它的主要功能是将微弱的电信号放大成幅度值较大的电信号，同时也被用作无触点开关。

三极管的分类

根据结构和工作原理的不同，三极管可以分为NPN型和PNP型两种类型。NPN型三极管的集电极和发射极都是N型半导体，而基极是P型半导体；相反，PNP型三极管的集电极和发射极都是P型半导体，而基极是N型半导体。

*三极管的两个PN结，类似于两个共阴或共阳的二极管。

与晶闸管和MOS管相比，三极管的特点是具有放大功能，而晶闸管和MOS管则没有这种功能。

三极管的工作原理

三极管的工作原理基于小电流控制大电流的原则，其工作机制像一个可控制的阀门。根据不同的工作状态和连接方式，三极管主要可以分为三种类型：共基极（CB）、共集电极（CC）和共发射极（CE）。

共基极（CB）：基极端子在输入和输出端子之间是公共的。

共集电极（CC）：集电极端子在输入和输出端子之间是公共的。

共发射极（CE）：发射极端子在输入和输出端子之间是公共的。

三极管的3种状态

三极管有三种状态：截止状态、放大状态和饱和状态。我们可以把三极管想象成一个水龙头。

①截止状态

首先，当我们没有对水龙头施加任何外力时，水龙头是关闭的，水流无法通过，这时的状态相当于三极管的截止状态。

具体来说，就是加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态。

②放大状态

当三极管发射结正偏，集电结反偏时，三极管就会进入放大状态。即当我们逐渐打开水龙头时，水会开始流出，这就相当于三极管进入了放大状态。

这里需要注意的是，这个“放大”并不是无中生有地创造能量，而是通过控制电流的大小来实现信号的放大。

③饱和状态

当三极管发射结正偏，集电结正偏时，三极管工作在饱和状态。饱和状态下的三极管基极电流即使变大，集电极电流也不会增大，相当于水龙头完全打开时，水流已经最大。

三极管的应用

①放大作用

三极管最主要的功能就是放大功能。通过控制输入信号的大小，三极管可以对电流进行放大，从而实现对信号的增强。其基于小电流控制大电流的原则，通过较小的基极电流IB来控制较大的集电极电流IC。当基极电流IB有微小的变化时，会引发集电极电流IC和发射极电流IE的大幅度变化。这种“放大”并非将基极电流IB放大，而是通过控制输入信号的大小，使输出信号得到增强。

三极管的放大功能实现还要求基极和发射极之间加正向电压（发射结正偏），基极与集电极之间加反向电压（集电结反偏）。

示例：简单的放大器来驱动扬声器

这种放大功能被广泛应用于放大器、功率放大器等电路中。例如，在音频放大器中，三极管可以将微弱的声音信号放大为足够大的声音输出。

②开关控制

三极管可以通过控制输入信号的高低电平，以实现对电路的开关控制。开关作用基于三极管在电路中导通或截止的特性。这种开关功能被广泛应用于逻辑门电路、计数器、计时器等电路中。