了解三极管的结构、类型及工作原理

1.三极管的结构

三极管由两种类型的三块掺杂半导体按一定的方式构成两个PN结，并分别从三块掺杂半导体引出三个电极，最后用金属或塑料封装而成，其外形如图4-13所示。

图4-13　三极管的外形图

根据三块掺杂半导体的组合方式的不同，三极管可分为NPN型和PNP型两种类型。我国生产的NPN型3D系列为硅管，PNP型3A系列为锗管。图4-14为三极管的结构示意图和电路符号。

图4-14　三极管结构及图形符号

不论NPN型管，还是PNP型管，它们都有三个区，两个PN结和三个电极。

三个区是：位于中间较薄的一块半导体叫基区；其中一侧的半导体专门用来发射载流子，叫发射区；另一侧专门用来收集载流子，叫集电区。

两个PN结是：集电区与基区交界的PN结叫集电结；发射区与基区交界的PN结叫发射结。

三个电极是：由集电区引出的电极叫集电极C；由基区引出的电极叫基极B；由发射区引出的电极叫发射极E。

2.三极管的特性曲线

三极管的特性曲线是用来表示三极管各极的电压和电流之间的相互关系。最常用的是共发射极接法的输入特性曲线和输出特性曲线。特性曲线可以通过实验或查半导体器件手册获得。

1）输入特性曲线

输入特性曲线是指当集-射极电压UCE为常数时，输入电路中基极电流IB与基-射极电压UBE之间的关系曲线。图4-15所示为三极管的输入特性曲线。

当UCE≥1V时，即UCE改变时，三极管的输入特性曲线基本上重合，则在UCE≥1V时，只画一条输入特性曲线。

由图可见，三极管的输入特性和二极管的伏安特性相似，也有一段死区。只有在发射结外加电压大于死区电压后，三极管才会产生基极电流IB。死区电压和二极管的基本相同，硅管为0.5V左右，锗管为0.2V左右。

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图4-15　三极管的输入特性曲线

2）输出特性曲线

输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出回路中集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线。在不同的IB下，可得到不同的曲线，所以三极管的输出特性是一组曲线。图4-16所示为三极管的输出特性曲线。根据三极管工作状态不同，可把输出特性曲线分为三个区。

（1）截止区 IB=0曲线以下的区域称为截止区。要使三极管可靠截止，其发射结和集电结都应处于反向偏置。三极管工作于截止区时，失去了电流放大作用，集电极与发射极之间相当于开关的断开状态。

图4-16　三极管的输出特性曲线

（2）饱和区 当UCE＜UBE时，集电结就处于正相偏置，三极管工作于饱和状态，因此输出特性曲线上UCE＜UBE以左和纵轴之间的部分称为饱和区。在饱和区，IB和IC不成比例，即无电流放大作用，集电极和发射结之间的电压称为饱和压降，硅管为0.3V，锗管为0.1V。饱和时三极管的集电极和发射极之间相当于开关的闭合状态。

（3）放大区 输出特性曲线较为平坦的那个区域称为放大区。在放大区有IC=βIB，即IC受IB的控制。要使三极管工作于放大区，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。

总之，三极管工作在放大区时，具有电流放大作用；工作在截止区和饱和区时，具有开关作用。

3.三极管的主要参数

三极管的参数表示性能的指标，是选择三极管的主要依据。

1）极间反向电流

集-基极反向漏电流ICBO。当发射结开路，集电结上加一反向电压时，流过集电结的反向电流称集-基极反向漏电流ICBO，集-基极反向漏电流ICBO越小，说明管子受温度的影响就越小。在室温下，小功率锗管的ICBO约为10μA，小功率硅管的ICBO则小于1μA。

集-射极反向截止电流ICEO。当基极开路时，流过集电极与发射极之间的反向电流称集-射极反向截止电流ICEO，也把它称穿透电流。

2）极限参数

集电极最大允许电流ICM。三极管的集电极电流IC如果超过一定数值时，它的电流放大倍数β将显著下降。当β降到正常值的2/3时所对应的集电极电流值，称为集电极最大允许电流ICM。

集-射极击穿电压BUCEO。基极开路时，允许加在集电极和发射极之间的最大电压称为集-射极击穿电压BUCEO。当UCE超过BUCEO时集电极电流大幅度上升，说明管子已被击穿。

集电极最大允许耗散功率PCM。集电极最大允许耗散功率PCM是指集电结最大允许的功率。由于三极管工作时，电流经集电结而产生热量，使结温升高，将会损坏管子，则在使用时应保证UCEIC＜PCM，但当晶体三极管加散热片使用时，可使PCM提高很多。