形象生动地教会你《三极管》

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形象生动地教会你《三极管》

三极管

一、概念/定义
1、是什么？

全称：半导体三极管/双极型晶体管/晶体三极管；（BJT）

是一种控制电流的半导体器件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

2、能做什么？

作用1：放大电流（是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号）

作用2：开关（也用作无触点开关）

   
二、基本原理
1、工作过程分析：（以NPN举例） 

           

（E发射极：高浓度 / B基极：很窄 / C集电极：普通浓度）

      

①给BE通电，电子将填充E区，同种电荷相斥，电子不断被推动，且不断被正极（也就是B区）吸引，电子就填充至空穴再回到电源正极，这就形成了回路。/整个过程也可以理解成是发射极正偏，因为P区电位＞N区电位。

②再给CE通电，C区是正极，所以会吸引电子过去，这样耗尽层就增大了，这就是集电极反偏，此时左侧接了两个电源的负极，会有很多的电子被挤进E区，再加上本身的负电荷浓度就高，当B区每出现一个空穴，就有大量的电子要抢占这个空穴，随着电子浓度越来越高，电子就会突破上面所说的耗尽层进入C区（也就是漂移运动），然后电子就会进入电源正极，形成回路。

③P区每出现一个空穴，就有β倍的电子从E区漂移到C区，所以说如果P区的空穴出现的越多，那漂移的电子也就越多（所以就能知道Ib×β= Ic），然后负极都在E区，那电流都是往那里流，（所以就是Ie = Ib + Ic）

2、正偏/反偏：

（1）正偏：

P区（+）的电压高于N区（-）的电压。

（2）正偏：

N区（-）的电压高于P区（+）的电压。

3、三个电极

（1）基极（Base）：

①基极电流Ib：从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib。

（2）集电极（Collector）：

②集电极电流Ic：把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。

（3）发射极（Emitter）：

③发射极电流Ie：所有流过发射极的电流

4、饱和状态

                 

（简单说就是Ic达到最大值，无法继续增大）

因为电源是恒压源，看图3，而且电阻Rc是固定值，那么就会有最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。

当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib × β ＞ Ic。（Ic有固定最大值，β也是固定值，Ib是由我们自己控制的，所以我能可以操控它达到它的饱和状态）进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。

（如果我们在图3中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。）

（但是在实际使用中要注意，在开关电路中，饱和状态若在深度饱和时会影响其开关速度，饱和电路在基极电流乘放大倍数等于或稍大于集电极电流时是浅度饱和，远大于集电极电流时是深度饱和。因此我们只需要控制其工作在浅度饱和工作状态就可以提高其转换速度。）对于PNP型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟NPN的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来。

三、分类
1、按材质：

硅管、锗管

2、按结构：

（1）NPN ： 

（2）PNP ：

（分辨NPN还是PNP的技巧）：

看三极管中箭头指向，箭头代表着电流方向。（简单说就是箭头→指向就是N区）

我们都知道PN结电流是P流向N，说明PN结中导通时电压是P高于N，电流由P流向N。如果箭头指向基极，说明电流流向基极，则基极是N，两边是P，三极管就是PNP三极管。相反，如果箭头由基极指向发射极，基极电流是留出的，则基极是P，两边是N，三极管就是NPN三极管。

3、按用途：

开关管、功率管、达林顿管、光敏管等
    

四、规格书/参数

1、最大范围（Maximum Ratings）/25℃测量所得

2、电特性（Electrical Charateristics） /25℃测量所得

五、应用/功能电路
1、基本放大电路：
  

                            

（三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置 ，否则会放大失真。）

（如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib; 把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。 这两个电流的方向都是流入发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。）

三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因：

①首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，图2中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。

②另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。

2、共发射极接法（输入在基极，输出/负载在集电极，共用发射极）

首先，要记住的事他的功能/作用：就是反向放大电压。

推导过程：

①在三极管的放大过程中，Ic会一直变大，然后根据欧姆定律，所以Rc的压降也会增大，所以Vo输出点的电压会一直减小（Vo=Vcc-Vr）。

②所以在基极放一个电阻，就可以通过控制电流来控制基极电流了，然后就可以反向的来放大Vo处的电压。

3、共集电极接法（输入在基极，输出/负载在发射极，共用集电极）

首先，要记住的事他的功能/作用：就是同向放大电流。

推导过程：

①当基极输入电压小于导通电压时，是没有基极电流的，所以必须大于这个电压。

②当基极电流越来越大时，集电极的电流也越来越大的流向发射极，这就会放大电流。

4、共基极接法（输入在发射极，输出/负载在集电极，共用基极）

首先，要记住的事他的功能/作用：就是同向放大电压。

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