1.4.1 晶体管结构
微课 晶体管认知
晶体管的内部有3个半导体区和两个PN结，分别是发射区、基区和集电区以及发射结和集电结。3个区分别引出的电极为发射极、基极和集电极。三极管可分为NPN型和PNP型两种。其结构及图形符号如图1-23所示，实物如图1-24所示。
图1-23 晶体管结构及符号
（a）NPN型；（b）PNP型
图1-24 晶体管实物
（a）塑料封装；（b）金属封装；（c）贴片晶体管
晶体管在电路中主要起开关作用和放大作用，放大电路所用的晶体管，需满足“发射区的掺杂浓度高，基区薄且掺杂浓度低，集电结的面积大”的制造工艺特点，这是保证晶体管放大作用的内部条件。
1.4.2 晶体管特性
图1-25 共发射极放大电路
晶体管在电路中有3种连接方式，即共发射极、共集电极和共基极。将基极作为输入端，集电极作为输出端，发射极作为输入输出的公共端接地时，为共发射极电路。共发射极电路是典型的放大电路接法。现以图1-25所示的共发射极电路为例，来说明晶体管的输入输出特性。
1.输入特性
晶体管的输入特性是指uCE为一定值时，输入电流iB与输入电压uBE之间的关系。其特性曲线如图1-26（a）所示。
2.输出特性
输出特性是指iB一定时，输出电流iC和输出电压uCE之间的关系。特性曲线如图1-26（b）所示。
图1-26 晶体管的特性曲线
（a）共发射极输入特性曲线；（b）共发射极输出特性曲线
从输出特性曲线可以看出，晶体管有3种工作状态，即截止状态、放大状态和饱和状态。3种状态间的转换体现了量变与质变的辩证关系。
在放大状态，集电极电流iC与基极电流iB之间的关系为
式中：β为电流放大倍数，一般为几十到几百个数量级。晶体管电流放大倍数实际上分直流电流放大倍数和交流电流放大倍数，分别用
和β表示，一般在工作电流不大的情况下，
和β相当接近，对此统一用β表示，不再区分。
3.开关特性
（1）晶体管截止。
当uBE＜UTH=0.5V时，晶体管截止，iB≈0，iC≈0，uCE=UCC，3个电极相当于开路。
（2）晶体管饱和导通。
晶体管由放大状态刚刚进入饱和时的状态，称为临界饱和状态。临界饱和基极电流为
，当iB＞IB（sat）时，晶体管进入饱和导通状态，此时UBE（sat）=0.7V，UCE（sat）≤0.3V，IC（sat）≈UCC/RC，C、E极之间相当于开关闭合。
4.晶体管放大特性
（1）晶体管放大的工艺条件。
发射区的掺杂浓度高，基区薄且掺杂浓度低，集电结的面积大。
（2）电路接法。
发射结正向偏置（P区接电源正极），集电极反向偏置（N区接电源正极）。放大电路的典型接法如图1-25所示。(www.xing528.com)
（3）放大特性。
①电流放大：iC=βiB
②电压放大：
③功率放大：
1.4.3 晶体管识别与检测
1.晶体管管脚识别
9000系列晶体管是实际应用中较为常见的晶体管。其典型封装形式有TO-92式塑料封装和SOT-23式贴片封装等。
晶体管在使用中，首先需识别管脚，其次需检测管型。
一般塑料封装型晶体管，面向文字标识面（平面），从左至右分别为E、B、C；SOT-23贴片式封装的晶体管，文字面朝上，上端为C，左侧是B，右侧是E，如图1-27所示。
图1-27 常见晶体管引脚分布
（a）塑料封装；（b）SOT-23贴片式封装
2.晶体管管型检测
用万用表“R×1k”或“R×10k”挡，测量晶体管3个极间的电阻，若黑表笔接中间（基极）、红表笔接两边测得的电阻值小，红表笔接中间（基极）、黑表笔接两边测得的电阻值大，则为NPN型；反之为PNP型。
1.4.4 晶体管的功能及典型应用
1.晶体管的开关作用
（1）晶体管反相器。
晶体管反相器电路如图1-28所示。
根据晶体管开关特性，当uBE＜0.5 V时，晶体管截止，iB≈0，iC≈0，uCE=UCC；当iB＞IB（sat）时，晶体管进入饱和导通状态，此时UBE（sat）=0.7 V，UCE（sat）≤0.3 V，IC（sat）≈UCC/RC。实际应用中，当晶体管基极为高电平，发射极为低电平时，晶体管就工作在饱和导通状态。
图1-28 晶体管反相器电路
当输入端UI=0 V（低电平）时，因晶体管发射极接地，uBE小于PN结的阈值电压（硅管0.5 V，锗管0.1 V），晶体管截止，iB≈0，iC≈0，UO=UCC=12 V。
当输入端UI=3 V（高电平）时，uBE大于阈值电压，晶体管饱和导通，UO=UCE（sat）≤0.3 V。
故该电路是一个反相器。反相器在逻辑电路中，称为“非门”。电路的功能是：当输入端为高电平时，输出端为低电平；而当输入端为低电平时，输出端为高电平。输出总是与输入相反。
（2）晶体管只读存储电路。
晶体管只读存储电路如图1-29所示。图中，X1～X4为字线，与存储器地址译码器的输出端连接。当进行存储器读操作时，译码器对所读存储器单元的地址码译码，对应字线为高电平。W1～W4为位线，通过电阻接电源正极，当字线和位线间所接的晶体管不导通时，位线为高电平。
①当地址译码器选中X1存储单元时，X1为高电平，X2、X3、X4为低电平，X1与W1、X1与W4间所接的晶体管导通，因晶体管发射极接地，故W1、W4为低电平，则X1存储的信息为0110。
②当地址译码器选中X2存储单元时，X2为高电平，X1、X3、X4为低电平，X2与W2间所接的晶体管导通，W2为低电平，则X2存储的信息为1011。
③当地址译码器选中X3存储单元时，X3为高电平，X1、X2、X4为低电平，X3与W3、X3与W4间所接的晶体管导通，W3、W4为低电平，故X3存储的信息为1100。
④当地址译码器选中X4存储单元时，X4为高电平，X1、X2、X3为低电平，X4与W1间、X4与W3间所接的晶体管导通，W1、W3为低电平，故X4存储的信息为0101。
2.晶体管的放大作用
如前所述，晶体管在满足“集电结反偏，发射结正偏”的条件时，工作在放大状态，此时集电极电流和基极电流的关系是iC=βiB，且在交流信号作用下，集-射极间输出电压及功率同时得到放大。
有关晶体管放大电路的分析读者可参阅“知识拓展1.2”。
图1-29 晶体管只读存储电路
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