什么是三極管

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。

三極管的工作狀態(tài)

截止?fàn)顟B(tài)

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，我們稱三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。

放大狀態(tài)

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時基極電流對集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)β=ΔIc/ΔIb，這時三極管處放大狀態(tài)。

飽和導(dǎo)通

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)我們稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

工作狀態(tài)如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當(dāng)基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時（大于流過燈泡的電流除以三極管 的放大倍數(shù) β），三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通 斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會隨著增加（在三極管未飽和之前）。

三極管理論原理

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是負(fù)極的意思（代表英文中Negative），N型半導(dǎo)體在高純度硅中加入磷取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而P是正極的意思（Positive）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）。如圖所示。當(dāng)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(yán)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(jìn)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(jìn)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：

e=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(yán)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?。?/p>

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(dá)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。

三極管的放大原理

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(jìn)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(yuǎn)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(rèn)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(jìn)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?。┡c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。

三極管的應(yīng)用電路

下面與NPN型為例，為大家介紹其基本應(yīng)用電路。

在這個電路中可以把三極管看做接成兩個回路：基極回路和集電極回路。經(jīng)過試驗證明改變可變電阻Rb，則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化，而且滿足IE=IB+IC，并且IC/IB為一個定值，這就解釋了為什么三極管為什么起到放大作用，IC的大小取決于IB的大小，所以當(dāng)IB增大時，IC也會隨著增大，事實證明IC與IE在數(shù)值上大致相等的。

但是事實并不是這么理想，如果想讓三極管起放大的作用，B電壓極必須高于E極（PNP型三極管與其相反），利用這一特性，可以把三極管當(dāng)做一個開關(guān)原件，當(dāng)B極接收到信號時（既B極電壓高時），三極管導(dǎo)通工作，形成了一個無觸點開關(guān)。

在上圖中當(dāng)B極如果接收到高電平，那么C極就會有電流出現(xiàn)，如果把R1換成LED燈，那么就會看到其發(fā)光。

其實在電路中應(yīng)用比較多的還是開關(guān)原件，在放大應(yīng)用中由于其效率較低，而且容易出現(xiàn)失真現(xiàn)象，在原件中也有很多替代產(chǎn)品，像集成IC就有很多，而且性能還好；然而開關(guān)這一功能應(yīng)用的就比較多了，由于其控制方便，并且無噪聲，B極接收到高電壓信號就會導(dǎo)通，因此在數(shù)電中應(yīng)用非常廣泛。