三极管知识

图1-46所示是三极管示意图。三极管有3根引脚：基极(用B表示)、集电极(用C表示)和发射极(用E表示)，各引脚不能相互代用。

图1-46 三极管示意图

3根引脚中，基极是控制引脚，基极电流大小控制着集电极和发射极电流的大小。在3个电极中，基极电流最小(且远小于另外两个引脚的电流)，发射极电流最大，集电极电流其次。

三极管种类及外形特征

1.三极管种类

三极管是一个“大家族”，人丁众多，品种齐全。表1-4所示是三极管种类。

表1-4 三极管种类

续表

2.三极管外形特征

目前用得最多的是塑料封装三极管，其次为金属封装三极管。

关于三极管外形特征主要说明以下几点。

(1)一般三极管只有3根引脚，它们不能相互代替。这3根引脚可以按等腰三角形分布，也可以按一字形排列，各引脚的分布规律在不同封装类型的三极管中不同。

(2)三极管的体积有大有小，一般功率放大管的体积较大，且功率越大其体积越大。体积大的三极管约有手指般大小，体积小的三极管只有半个黄豆大小。

(3)一些金属封装的功率三极管只有两根引脚，它的外壳是集电极，即第三根引脚。有的金属封装高频放大管是4根引脚，第四根引脚接外壳，这一引脚不参与三极管内部工作，接电路中地线。如果是对管，即外壳内有两只独立的三极管，则有6根引脚。

(4)有些三极管外壳上需要加装散热片，这主要是功率放大管。

3.熟悉常见三极管

(1)塑料封装小功率三极管。图1-47所示是塑料封装小功率三极管，也是电子电路中用得最多的三极管，它的具体形状有许多种，3根引脚的分布也不同。小功率三极管在电子电路中主要用来放大信号电压和作为各种控制电路中的控制器件。

图1-47 塑料封装小功率三极管

(2)塑料封装大功率三极管。图1-48所示是塑料封装大功率三极管，它有3根引脚，在顶部有一个开孔的小散热片。因为大功率三极管的功率比较大，三极管容易发热，所以要设置散热片，根据这一特征也可以分辨是不是大功率三极管。

图1-48 塑料封装大功率三极管

(3)金属封装大功率三极管。图1-49所示是金属封装大功率三极管。大功率三极管是指它的输出功率比较大，用来对信号进行功率放大。通常情况下，三极管输出的功率越大，其体积越大。金属封装大功率三极管体积较大，结构为帽子形状，帽子顶部用来安装散热片，其金属的外壳本身就是一个散热部件，两个孔用来固定三极管。这种金属封装的三极管只有基极和发射极两根引脚，集电极就是三极管的金属外壳。

图1-49 金属封装大功率三极管

(4)金属封装高频三极管。图1-50所示是金属封装高频三极管，所谓高频三极管就是指它的工作频率很高。高频三极管采用金属封装，其金属外壳可以起到屏蔽的作用。

图1-50 金属封装高频三极管

(5)带阻三极管。图 1-51 所示是带阻三极管，带阻三极管是一种内部封装有电阻器的三极管，它主要构成中速开关管，这种三极管又称为反相器或倒相器。带阻三极管按照三极管的极性划分有PNP型和NPN型两种，按照内置电阻分有含R1和R2两种电阻的带阻三极管和只含一只电阻R1的带阻三极管，按照封装形式分有SOT-23型、TO-92S型和M型等多种带阻三极管。

图1-51 带阻三极管

(6)带阻尼管的三极管。图1-52所示是带阻尼管的三极管，主要在电视机的行输出级电路中作行输出三极管，它将阻尼二极管和电阻封装在管壳内。三极管内基极和发射极之间还接入了一只25的小电阻。将阻尼二极管设在行输出管的内部，减小了引线电阻，有利于改善行扫描线性和减小行频干扰。基极与发射极之间接入电阻以适应行输出管工作在高反向耐压状态。

图1-52 带阻尼管三极管

(7)达林顿三极管。图1-53所示是达林顿三极管。达林顿三极管又称达林顿结构的复合管，有时简称复合管。这种复合管由内部的两只输出功率大小不等的三极管复合而成。根据内部两只三极管复合的不同可构成4种具体的达林顿三极管，同时管内还会有电阻。它主要作为功率放大管和电源调整管。

图1-53 达林顿三极管

(8)功率场效应管。图1-54所示是功率场效应管。场效应管是电压控制器件，图示功率场效应管能够放大信号功率。

图1-54 功率场效应管

(9)贴片三极管。图1-55所示是贴片三极管，其引脚很短，它装配在电路板铜箔线路一面。

图1-55 贴片三极管

4.熟悉电路板上的三极管

图1-56所示是电路板上的三极管。从图中可以看出，这块电路板上的三极管采用立式安装方式。

图1-56 电路板上的三极管

三极管电路符号和基本 工作原理

1.两种极性三极管电路符号

三极管种类繁多，按极性划分有两种：NPN型三极管(常用三极管)和PNP型三极管。

图1-57 NPN 型三极管电路符号

(1)NPN型三极管电路符号。图1-57所示是NPN型三极管的电路符号。电路符号中表示了三极管的3个电极。

(2)PNP 型三极管电路符号。图 1-58所示是PNP型三极管的电路符号。它与NPN型三极管电路符号的不同之处是发射极箭头方向不同，PNP型三极管电路符号中的发射极箭头指向管内，而NPN型三极管电路符号中的发射极箭头指向管外，以此可以方便地区别电路中这两种极性的三极管。

图1-58 PNP型三极管电路符号

2.三极管电路符号中的3个电极

图1-59所示是根据三极管电路符号记忆3个电极的方法。

图1-59 根据三极管电路符号记忆3个电极

3.三极管电路符号中识图信息

电子元器件的电路符号中包含了一些识图信息，三极管电路符号中的识图信息比较丰富，掌握这些识图信息能够轻松地分析三极管电路工作原理。

(1)NPN型三极管电路符号识图信息。图1-60所示是NPN型三极管电路符号识图信息示意图。电路符号中发射极箭头的方向指明了三极管3个电极的电流方向，在分析电路中三极管电流流向、三极管直流电压时，这个箭头指示方向非常有用。

图1-60 NPN型三极管电路符号识图信息示

判断各电极电流方向时，首先根据发射极箭头方向确定发射极电流的方向，再根据基极电流加集电极电流等于发射极电流，判断基极和集电极电流方向。

(2)PNP型三极管电路符号识图信息。图1-61所示是PNP型三极管电路符号识图信息示意图，根据电路符号中的发射极箭头方向可以判断出3个电极的电流方向。

图1-61 PNP型三极管电路符号识图信息示

重要提示

判断各电极电流方向时要记住，流入三极管内的电流应该等于流出三极管的电流，三极管内部是不能存放电荷的。

表1-5所示是其他几种三极管电路符号说明。

表1-5 其他几种三极管电路符号说明

4.三极管结构

(1)NPN 型三极管结构。图1-62 所示是NPN型三极管结构示意图。三极管由3块半导体构成，对于NPN型三极管而言，由两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧，这两块半导体所引出电极的名称如图中所示。

图1-62 NPN型三极管结构示意图

(2)PNP 型三极管结构。图1-63 所示是PNP型三极管结构示意图。它与NPN型三极管基本相似，只是用了两块P型半导体，一块N型半导体，也是形成两个PN结，但极性不同，如图中所示。

图1-63 PNP型三极管结构示意图

5.三极管工作原理

三极管共有3个电极，各电极的电流分别是：基极电流，用IB表示;集电极电流，用IC表示;发射极电流，用IE表示。表1-6所示是各电极电流之间的关系说明，是必须要掌握的知识。无论是NPN型还是PNP型三极管，3个电极电流之间关系相同。

三极管具有电流放大作用，它是一个电流控制器件。

重要提示

所谓电流控制器件是指它用很小的基极电流IB来控制比较大的集电极电流IC和发射极电流IE，没有IB就没有IC和IE。

IC=βIB，β为几十甚至更高，只要有一个很小的输入信号电流IB，就有一个很大的输出信号电流IC出现。由此可见，三极管能够对输入电流进行放大。在各种放大器中，就是用三极管的这一特性来放大信号的。

在三极管电路中，三极管的输出电流IC或IE是由直流电源提供的，基极电流IB则是一部分由所要放大的信号源电路提供，另一部分也是由直流电源提供。

如果三极管没有电流IB，三极管就处于截止状态，直流电源就不会为三极管提供IC和IE(IC和IE都是由直流电源提供的，除了IE中很小的IB是基极输入电流)。

基极电流IB由两部分组成：直流电源提供的静态偏置电流和由信号源提供的信号电流。

表1-6 三极管各电极电流之间关系说明

由上述分析可知，三极管能将直流电源的电流按照输入电流IB的要求(变化规律)转换成相应的电流IC和IE，从这个角度上讲三极管是一个电流转换器件。图1-64所示是三极管电流控制作用示意图。

图1-64 三极管电流控制作用示意图

重要结论

所谓三极管的电流放大作用，就是将直流电源的电流按输入电流IB的变化规律转换成IC、IE。由于基极电流IB很小，而集电极电流IC和发射极电流IE很大，所以三极管具有电流放大作用。

三极管截止、放大和饱和3种工作状态

三极管共有3种工作状态：截止状态、放大状态和饱和状态。用于不同目的三极管其工作状态是不同的。

1.三极管3种工作状态电流特征

表1-7所示是三极管3种工作状态定义和电流特征。

表1-7 三极管3种工作状态定义和电流特

2.三极管截止工作状态

用来放大信号的三极管不应工作在截止状态。倘若输入信号部分地进入了三极管特性的截止区，则输出会产生非线性失真。

所谓非线性可以这样理解，给三极管输入一个标准的正弦信号，从三极管输出的信号已不是一个标准的正弦信号，输出信号与输入信号不同就是失真。

图1-65所示是非线性失真信号波形示意图，产生这一失真的原因是三极管截止区的非线性。

如果三极管基极上输入信号的负半周进入三极管截止区，将引起削顶失真。注意，三极管基极上的负半周信号对应于三极管集电极的是正半周信号，所以三极管集电极输出信号的正半周被三极管的截止区去掉，如图1-66所示。

当三极管用于开关电路时，三极管的一个工作状态就是截止状态。注意，开关电路中的三极管不用来放大信号，所以不存在这样的削顶失真问题。

图1-65 非线性失真信号波形示意图

图1-66 三极管截止区造成的削顶失真

3.三极管放大工作状态

重要提示

当三极管用来放大信号时，三极管工作在放大状态，输入三极管的信号进入放大区，这时的三极管是线性的，信号不会出现非线性失真。

在放大状态下，IC=βIB中β的大小基本不变，有一个基极电流就有一个与之相对应的集电极电流。β值基本不变是放大区的一个特征。

在线性状态下，给三极管输入一个正弦信号，则输出的也是正弦信号，此时输出信号的幅度比输入信号要大，如图1-67所示。这说明三极管对输入信号已有了放大作用，但是正弦信号的特性未改变，所以没有非线性失真。

图1-67 信号放大示意图

重要提示

输出信号的幅度变大，这也是一种失真，称之为线性失真。在放大器中这种线性失真是需要的，没有这种线性失真放大器就没有放大能力。显然，线性失真和非线性失真不同。

要想使三极管进入放大区，无论是NPN型三极管还是PNP型三极管，必须给三极管各个电极一个合适的直流电压，归纳起来是两个条件：给三极管的集电结加反向偏置电压，给三极管的发射结加正向偏置电压。

4.三极管饱和工作状态

三极管在放大工作状态的基础上，如果基极电流进一步增大许多，三极管将进入饱和状态，这时的三极管电流放大倍数β要下降许多，饱和得越深β值越小，电流放大倍数β一直能小到小于1的程度，这时三极管没有放大能力。

在三极管处于饱和状态时，输入三极管的信号要进入饱和区，这也是一个非线性区。图1-68所示是三极管进入饱和区后造成的信号失真，它与截止区信号失真不同的是，加在三极管基极的信号的正半周进入饱和区，在集电极输出信号中是负半周被削掉，所以放大信号时三极管也不能进入饱和区。

在开关电路中，三极管的另一个工作状态是饱和状态。由于三极管开关电路不放大信号，所以也不会存在这样的失真。

图1-68 三极管进入饱和区后信号的失真

三极管开关电路中，三极管从截止状态迅速地通过放大状态而进入饱和状态，或是从饱和状态迅速地进入截止状态，不停留在放大状态。

三极管3种工作状态小结

三极管的3种工作状态中，三极管工作电流都有一定的范围，其中截止区的电流范围最小，放大区的范围最大，饱和区其次，当然通过外电路的调整也可以改变各工作区的电流范围。

三极管的3种工作状态中，放大倍数β 也不同，截止区、饱和区中的β 很小，放大区中的β 大且大小基本不变。

三极管各电极电压与电流关系

重要提示

给三极管各电极加上适当的直流电压后，各电极才有直流电流。三极管基极电压用UB表示，UC是集电极电压，UE是发射极电压。

图1-69所示是NPN型三极管各电极电压和电流示意图。

图1-69 NPN 型三极管各电极电压和电流

1.三极管基极电压

电路中，直流工作电压+V通过电阻R1和R2分压，加到三极管VT1基极，作为VT1的基极直流电压。改变电阻R1或R2的阻值大小，可以改变三极管基极电压的大小。

直流电压+V产生的电流经R1送入三极管VT1基极，另一部分电流经R2到地。电阻R1中的电流为I1，R2中的电流为I2，I1=I2+IB。

三极管VT1基极电压大小与电阻R1和R2的阻值大小有关，而VT1基极电流大小与基极电压相关。

2.三极管集电极电压

如图1-70所示，直流工作电压+V经R3加到三极管VT1集电极上，R3两端的电压U3=IC×R3，集电极电压UC=+V-U3。可见，掌握集电极电压大小的分析方法，对分析三极管集电极电路非常重要。

图1-70 集电极电压示意图

当直流工作电压+V和R3确定后，集电极电压只与集电极电流IC的大小有关，而集电极电流受基极电流控制，所以最终三极管的集电极电压由基极电流决定。

3.三极管发射极电压

发射极电压与发射极电流IE和发射极电阻R4的阻值大小相关，如图1-71所示。由于发射极电流受基极电流控制，所以发射极电压大小由基极电流大小决定。

图1-71 发射极电压示意图

4.三极管3种工作状态下各电极电压特征

表1-8所示是NPN型三极管3种工作状态下各电极电压特征。

表1-8 NPN型三极管3种工作状态下各电极