三极管的基本原理

本篇主要先用通俗易懂的语言讲解下三极管的基本原理，把三极管放大电路放在下一篇重点讲解。

三极管分为NPN型和PNP型，他们只是在制作方法上的不同，其他的原理完全一样。在放大电路上来讲，NPN工作在正电源下，PNP工作在负电源下。三极管电路符号以及结构如下图：

图1

三极管的主要作用是用来放大电路中的微弱信号，比如在电路当中的一些电信号很小，小到是uV、mV级别的，这样的电压信号让他去驱动一个发光二极管或者小型继电器显然是不行的，这就需要把这些信号来放大一下。当然三极管在电路上也经常被用来做开关元件来使用。把放大原理讲明白了，开关的作用就自然也懂了。

从上图可以看出三极管是有三个引脚的，分别是基极b,集电极c,发射极e。三极管可以组成三种放大机构，分别是共发射级放大，共基极放大和共集电极放大。常用的是共发射极放大，应用最广泛，以共发射极放大为例来讲。基本共射放大电路如下图所示；

图2

u1为电路的输入信号，接入三极管的基极——发射极回路，称为输入回路，放大之后的信号在集电极——发射极回路，称为输出回路。这就是共发射极放大名字的由来，输入跟输出公用发射极。使三极管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置，集电极反向偏置。先来说一下这个偏置是什么意思。上一篇介绍的二极管跟本文说的三极管都是由PN结构成的，PN结有单向导电性，P端电压大于N端电压才会导通，所以正偏置的意思就是P端电压大于N端电压，反偏就是N端电压大于P端电压。图一左上就是NPN的结构图，右上是PNP结构图，先以NPN来讲，所谓发射极正偏就是基极电压大于发射极电压（此电压称为Ube，图二因为e直接接地为低电位0V，所以基极跟发射极电压也可以理解为单纯的基极电压），集电极反偏就是集电极电压大于基极电压（此电压图中称为Uce，解释同上）。因此如图二所示，输入回路就需要加载电压VBB，集电极输出回路就需要加载电源VCC。

根据图二介绍下三极管工作时电流的关系。一些教材会详细的介绍推导过程，但是我们只需要记住最后的结果就好了，不需要去麻烦的推断。流过基极到发射极的电流IB，流过集电极到发射极的IC，两组电流最后流入发射极IE，关系式为：IE=IB+IC。如果IB很小，可近似为IC=IE。

接下来引入一个新符号β，此符号代表的是三极管大倍数，此数在实际电路中是一个已知的数，当你去购买某个三极管的时候，他的说明书会告诉你这个三极管的放大倍数是多大的，厂家在生产的时候就已经设定好了。这个放大倍数β与三极管各极电流之间关系密切由此公式概括：IC=β*IB，IE=（1+β）*IB。本文到此一共三个公式，记住这三个入门足够了。

接下来讲三极管的输出特性曲线，如下图：

图三

1.截止区：基极跟发射极电压小于开启电压且集电极反向偏置。这种状态三极管是不工作的，所以叫截止区（开启电压约为0.5V——0.7V，指基极跟发射极之间电压，与二极管类似，因为基极到发射极就是一个PN结，跟二极管结构相同。三极管也分为硅跟锗两种材料，锗材料三极管为0.3V左右）。

2.放大区：这就是三极管的正常工作区域了，对于共发射极放大电路来讲，基极发射极电压正偏，且大于开启电压，集电极反偏。此状态下通过前面所讲的公式IC=β*IB可以看出，IC的大小仅仅决定与IB，表现出IB对对IC的绝对控制作用。举个例子，一个三极管β为100，IB=0.05ma,那么IC=100*0.05=5mA，电流是不是就被放大了。

3.饱和区：其特征是发射极与集电极均正偏，达到这个状态说明三极管没有放大功能了，相当于一根导通的导线，公式IC=β*IB也失效了，此时不管IB怎么变化，IC基本不变了。此状态下的三极管就是用来在电路中做开关使用。