晶体管及其主要特性简介

1.晶体管的种类

晶体管有两个PN结，即发射结和集电结；三个电极，即发射极E、基极B、集电极C。按PN结的结构方式不同，有PNP和NPN两种类型，如图2-32所示。

图2-32 晶体管的结构与图形符号

a）PNP型 b）NPN型

晶体管按结构分，有点接触型和面接触型；按材料分，有锗管和硅管；按工作频率分，有高频管、低频管、开关管；按功率大小分，有大功率、中功率、小功率晶体管；按封装方式分，有金属封装和塑料封装等。

晶体管的文字符号用VT或V表示，常见晶体管的外形和引脚分布如图2-33所示。

2.晶体管的电流分配与放大作用

可以通过一个实验来了解晶体管的放大作用和其中的电流分配情况。实验电路如图2-34所示。

将晶体管接成两个回路，一条是由电源V_CC的正极经过电阻R_B（通常为几百千欧的可调电阻）、基极、发射极到电源V_CC的负极，称为基极回路，也称为偏置电路；另一条是由V_CC的正极经过电阻R_C、集电极、发射极，再到电源V_CC的负极，构成集电极回路。各支路中串有电流表，集电极与发射极可接毫安表。基极电流很小，可采用微

图2-33 常见晶体管的外形和引脚分布

a）金属壳小功率晶体管 b）陶瓷小功率晶体管 c）塑封小功率晶体管 d）塑封大功率、中功率晶体管 e）金属壳大功率晶体管

安表。

改变可变电阻R_B的阻值，则基极电流、集电极电流和发射极电流都发生变化。电流方向在图2-34中标出。电流测量结果见表2-7。

由实验及测量结果可得出如下结论：

（1）基极电流I_B与集电极电流I_C之和等于发射极电流I_E，即

I_E=I_B+I_C

图2-34 晶体管放大实验电路

表2-7 测量数据表

（2）基极电流I_B比集电极电流I_C和发射极电流I_E小得多，通常可认为发射极电流I_E等于集电极电流I_C，即

I_E≈I_C≫I_B

（3）晶体管有电流放大作用，从表2-7数据的第3列和第4列中可以看到，I_C与I_B的比值分别为

电流放大作用还体现在基极电流I_B的微小变化可以引起集电极电流I_C较大的变化。比较表2-7数据的第3列和第4列，有

从表2-7中我们看到对一个晶体管来说，这个电流放大系数在一定范围内几乎不变。

实验电路的这种接法，发射极支路是两个回路所共有的，所以这种接法称为共发射极电路，要使晶体管起电流放大作用，通常采用这种电路。

3.晶体管的三个工作区域

以NPN型硅管3DG6为例，晶体管的输出特性曲线如图2-35所示（可用晶体管特性图示仪检测显示），通常把晶体管的输出特性曲线分为三个工作区域。

图2-35 晶体管的输出特性曲线

（1）放大区。输出特性曲线近于水平的部分是放大区。当发射结处于正向偏置（对于NPN型管子来说，就是U_BE＞0.6V（硅管）或U_BE>0.2V（锗管）），集电结处于反向偏置（U_CE＞1V）时，晶体管工作于放大状态。放大区也称线性区，在此区，I_C几乎与U_CE无关，只受I_B控制，很小的I_B变化就可以引起I_C发生较大的变化。

当用晶体管构成放大电路时，应让它工作在放大区域，即发射结正向偏置、集电结反向偏置。

（2）截止区。I_B=0的特性曲线与横轴之间的区域叫截止区。在此区，I_B=0，I_C很小，I_C=I_CEO（I_CEO称为穿透电流）。对NPN型硅管而言，当U_BE=0时，即已开始截止，但为了截止可靠，常使U_BE＜0，即使发射结处于反向偏置。截止时，集电结也处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。

（3）饱和区。在输出特性曲线的左侧，I_C近乎于直线上升区域，称为饱和区。在此区域，U_CE＜U_BE（一般硅管U_CE约为0.3V，锗管约为0.1V），集电结处于正向偏置，发射极也处于正向偏置，晶体管工作于饱和状态。在此区，I_B的变化对I_C的影响较小，晶体管失去电流放大作用。

在数字电路中，晶体管常用做开关器件，这时，晶体管就工作在截止区和饱和区。(www.xing528.com)

晶体管在三种工作状态下的特征见表2-8，依据这些特征可以确认电路中的晶体管所处的工作状态，判断电路工作是否正常。

表2-8 晶体管三种工作状态下的特征

4.晶体管的主要参数

（1）电流放大系数。电流放大系数是指输出电流与输入电流的比值，是用来衡量晶体管电流放大能力的参数。管子的连接方式不同，输出电流与输入电流的比值也不同。但最常用的是共发射极电路的电流放大系数。由于工作状态的不同，在直流和交流两种情况下，也有不同的电流放大系数。

共发射极直流电流放大系数，是指集电极电流I_C与基极电流I_B的比值，用β表示。

共发射极交流电流放大系数，是指集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比，用β表示。

在放大区中，β≈β。因此，在实际估算中可不作严格的区分。

常用小功率晶体管的β值约在20～150之间，并随I_C变化。在I_C接近零（截止）或接近饱和值时，β值都较小，在放大区的中间部位，β值相对稳定，估算时可认为不变。一些专用晶体管按使用的需要让β随I_C增大而明显上升或下降。

晶体管三个电流的关系为

I_C=βI_B

I_E=I_B+I_C=（1+β）I_B

（2）集电极-发射极反向饱和电流I_CEO。I_CEO是基极开路、集电结反偏（对NPN型管，集电极接电源正极，发射极接电源负极）时的集电极电流。由于这个电流是从集电区穿过基极区流至发射区，所以也称穿透电流。I_CEO具有很强的热敏性，当温度升高时，I_CEO增加很快，所以，I_CEO越小，晶体管的热稳定性越好。

（3）集电极最大允许电流I_CM。集电极电流过大时首先会引起晶体管升温，温度过高会烧坏管子。集电极电流过大还会使β下降，当β值下降到正常值的2/3时的集电极电流，称为集电极最大允许电流。所以，作为放大管使用时，I_C不宜超过I_CM。

（4）集电极-发射极方向击穿电压U_CEO。基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，称为集电极-发射极反向击穿电压U_CEO。当晶体管的集电极、发射极电压大于此值时，I_CEO会大幅度上升，说明晶体管被击穿。电子器件上给出的一般是常温（25℃）时的值，在高温下，其反向击穿电压将要降低，使用时应特别注意。

（5）集电极最大允许耗散功率P_CM。由于集电极电流在流经集电结时要产生功率消耗，结温升高，从而会引起晶体管参数变化，当晶体管因受热而引起的变化不超过允许值时，集电结所消耗的最大功率，成为集电极最大允许耗散功率P_CM。

P_CM=U_CEIC

可在晶体管的输出特性曲线上作出输出功率曲线，它是一条双曲线。由I_CM、U_CEO、PCM三个参数共同确定了晶体管的安全工作区，如图2-36所示。输出功率曲线的左下方为安全工作区。

5.晶体管的检测与使用

图2-36 晶体管输出功率曲线和安全工作区

电子技术人员常用万用表的电阻挡对晶体管进行检测。具体操作如下：

（1）依据电路板上印刷的标记，确定晶体管的类型和三个引脚的名称，然后将晶体管拆下。

（2）按照晶体管的等效结构，先检测晶体管的两个PN结是否损坏，如图2-37所示。

图2-37 晶体管的等效结构及两结检测

a）晶体管的等效结构 b）集电结和发射结检测

检测晶体管中的PN结好坏，最好参照表盘上的LV刻度线读取PN结的导通电压：0.7V为硅管，0.3V为锗管，0V为击穿；反向检测时指针以不动为好。

（3）若两个结都正常，再检测穿透电流I_CEO、热稳定性和电流放大能力β值三项。

1）检测穿透电流I_CEO，如图2-38a所示。用电阻挡的最高挡位（R×10kΩ），检测C、E两极是否击穿，以及穿透电流。检测NPN管，黑表笔接C极、红表笔接E极，指针不动为正常。指针大幅度右摆为击穿，明显右摆为穿透电流较大，出现这两种情况都应更换晶体管。

2）检测热稳定性，如图2-38b所示。在检测穿透电流I_CEO的操作基础上，让管子靠近电烙铁进行加热，若指针出现缓慢右摆，说明管子的热稳定性差，也必须更换。

3）估测电流放大能力（β值），测晶体管的电流放大能力用万用表的h_FE功能及其对应的电阻挡位，调零后，将管子引脚插入指定插孔，再从对应刻度线上读数。如果读者使用的万用表不具备h_FE检测功能，可参照如图2-38c所示方法，检验晶体管的电流放大能力。

若检测出晶体管损坏，应该按电路上使用的原型号购买新件进行更换，若买不到同型号的管子，要查阅晶体管手册找可以互换的其他型号产品。新件上板之前要养成测试的习惯，仔细确认管子的电极分布位置，用万用表的h_FE检测功能检测代换管的β值。再用上述2）中的方法检测管子的热稳定性。检测PNP管时，只需将红、黑两表笔对调，其他操作相同。

图2-38 晶体管穿透电流I_CEO、热稳定性和β值的估测

a）检测穿透电流I_CEO b）检测热稳定性 c）估测电流放大能力（β值）