概述

　　半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。
　　三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。  
　　电子制作中 常用的三极管有90××系列，包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪声管9014(NPN)，高频小功率管9018(NPN) 等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功 率锗管)等，它们的型号也都印在金属的外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则，电子工程技术人员和电子爱好者应该了解三极管符号的含义。
　　符 号的第一部分“3”表示三极管。符号的第二部分表示器件的材料和结构：A——PNP型锗材料；B——NPN型锗材料；C——PNP型硅材料；D——NPN 型硅材料。符号的第三部分表示功能：U——光电管；K——开关管；X——低频小功率管；G——高频小功率管；D——低频大功率管；A——高频大功率管。另 外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。

　　三 极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管 有一个重要参数就是电流放大系数 b。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流b 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。
　　三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。

　　Z304三极管的主要参数及极性判别
　　1． 常用小功率三极管的主要参数
　　常用小功率三极管的主要参数，参见表B311。

　2．三极管电极和管型的判别
　　(1) 目测法
　　① 管型的判别
　　一般，管型是NPN还是PNP应从管壳上标注的型号来辨别。依照部颁标准，三极管型号的第二位(字母)，A、C表示PNP管，B、D表示NPN管，例如：
　　3AX 为PNP型低频小功率管 3BX 为NPN型低频小功率管
　　3CG 为PNP型高频小功率管 3DG 为NPN型高频小功率管
　　3AD 为PNP型低频大功率管 3DD 为NPN型低频大功率管
　　3CA 为PNP型高频大功率管 3DA 为NPN型高频大功率管
　　此外有国际流行的9011～9018系列高频小功率管，除9012和9015为PNP管外，其余均为NPN型管。
　　② 管极的判别
　　常用中小功率三极管有金属圆壳和塑料封装(半柱型)等外型，图T305介绍了三种典型的外形和管极排列方式。

 　　(2) 用万用表电阻档判别
　　三极管内部有两个PN结，可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。在型号标注模糊的情况下，也可用此法判别管型。
　　① 基极的判别
　　判 别管极时应首先确认基极。对于NPN管，用黑表笔接假定的基极，用红表笔分别接触另外两个极，若测得电阻都小，约为几百欧~几千欧；而将黑、红两表笔对 调，测得电阻均较大，在几百千欧以上，此时黑表笔接的就是基极。PNP管，情况正相反，测量时两个PN结都正偏的情况下，红表笔接基极。
　　实际上，小功率管的基极一般排列在三个管脚的中间，可用上述方法，分别将黑、红表笔接基极，既可测定三极管的两个PN结是否完好(与二极管PN结的测量方法一样)，又可确认管型。 

　　② 集电极和发射极的判别
　　确定基极后，假设余下管脚之一为集电极c，另一为发射极 e，用手指分别捏住c极与b极(即用手指代替基极电阻Rb)。同时，将万用表两表笔分别与c、e接触，若被测管为NPN，则用黑表笔接触c极、用红表笔接 e极(PNP管相反)，观察指针偏转角度；然后再设另一管脚为c极，重复以上过程，比较两次测量指针的偏转角度，大的一次表明IC大，管子处于放大状态， 相应假设的c、e极正确。

　3．三极管性能的简易测量
　　(1) 用万用表电阻档测I_CEO和β
　　基极开路，万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e(PNP管相反)，此时c、e间电阻值大则表明I_CEO小，电阻值小则表明I_CEO大。
　　用手指代替基极电阻R_b，用上法测c、e间电阻，若阻值比基极开路时小得多则表明 β值大。
　　(2) 用万用表hFE档测β
　　有的万用表有hFE档，按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数β，若β很小或为零，表明三极管己损坏，可用电阻档分别测两个PN结，确认是否有击穿或断路。

　　4．半导体三极管的选用
　　选用晶体管一要符合设备及电路的要求，二要符合节约的原则。根据用途的不同，一般应考虑以下几个因素：工作频率、集电极电流、耗散功率、电流放大系数、反向击穿电压、稳定性及饱和压降等。这些因素又具有相互制约的关系，在选管时应抓住主要矛盾，兼顾次要因素。
　　低频管的特征频率fT一般在2.5MHz以下，而高频管的fT都从几十兆赫到几百兆赫甚至更高。选管时应使fT为工作频率的3～10倍。原则上讲，高频管可以代换低频管，但是高频管的功率一般都比较小，动态范围窄，在代换时应注意功率条件。

　　一 般希望β选大一些，但也不是越大越好。β太高了容易引起自激振荡，何况一般β高的管子工作多不稳定，受温度影响大。通常β多选40～100之间，但低噪声 高β值的管子(如1815、9011~9015等)，β值达数百时温度稳定性仍较好。另外，对整个电路来说还应该从各级的配合来选择β。例如前级用β高 的，后级就可以用β较低的管子；反之，前级用β较低的，后级就可以用β较高的管子。 
　　集电极-发射极反向击穿电压UCEO应选得大于电源电压。穿透电流越小，对温度的稳定性越好。普通硅管的稳定性比锗管好得多，但普通硅管的饱和压降较锗管为大，在某些电路中会影响电路的性能，应根据电路的具体情况选用，选用晶体管的耗散功率时应根据不同电路的要求留有一定的余量。
　　对高频放大、中频放大、振荡器等电路用的晶体管，应选用特征频率fT高、极间电容较小的晶体管，以保证在高频情况下仍有较高的功率增益和稳定性。

  光敏三极管


　　光敏三极管在原理上类似于晶体管，只是它的集电结为光敏二极管结构。它的等效电路见图T313。由于基极电流可由光敏二极管提供，故一般没有基极外引线(有基极外引线的产品便于调整静态工作点)。
如在光敏三极管集电极c和发射极e之间加电压，使集电结反偏，则在无光照时，c、e 间只有漏电流ICEO，称为暗电流，大小约为0.3 μA。有光照时将产生光电流IB，同时IB被“放大”形成集电极电流IC，大小在几百微安到几毫安之间。
　　光敏三极管的输出特性和晶体管类似，只是用入射光的照度来代替晶体管输出特性曲线中的IB。光敏三极管制成达林顿形式时，可获得很大的输出电流而能直接驱动某些继电器。
光敏三极管的缺点是响应速度(约5 ～ 10μs)比光敏二极管(几百毫微秒)慢，转换线性差，在低照度或高照度时，光电流放大系数  值变小。
　　使用光敏三极管时，除了管子实际运行时的电参数不能超限外，还应考虑入射光的强度是否恰当，其光谱范围是否合适。过强的入射光将使管芯的温度上升，影响工作的稳定性，不合光谱的入射光，将得不到所希望的光电流。例如：硅光敏三极管的光谱响应范围为0.4 ～ 1.1 μm波长的光波，若用荧光灯作光源，结果就很不理想。
　　另 外，在实际选用光敏三极管时，应注意按参数要求选择管型。如要求灵敏度高，可选用达林顿型光敏三极管；如要求响应时间快，对温度敏感性小，就不选用光敏三 极管而选用光敏二极管。探测暗光一定要选择暗电流小的管子，同时可考虑有基极引出线的光敏三极管，通过偏置取得合适的工作点，提高光电流的放大系数。例 如，探测10-3勒克斯的弱光，光敏三极管的暗电流必须小于0.1 nA。光敏三极管的基本应用电路见图T314，几种国产光敏三极管的参数见表B317。

   本文是围绕半导体三极管（以下简称三极管）展开的讨论，由老师来回答同学提出的问题。
    同学：三极管是由两个 PN 结构成的半导体器件，如果我们用两只二极管按一定的方式连接起来（见图 1 ），能不能组成一个三极管呢？

    老师：这个问题很多初学者都会提出来。三极管绝不是两个 PN 结的简单凑合，两个二极管的组合不能形成一个三极管。我们以 NPN 型三极管为例（见图 2 ），两个 PN 结共用了一个 P 区 —— 基区，基区做得极薄，只有几微米到几十微米，正是靠着它把两个 PN 结有机地结合成一个不可分割的整体，它们之间存在着相互联系和相互影响，使三极管完全不同于两个单独的 PN 结的特性。三极管在外加电压的作用下，形成基极电流、集电极电流和发射极电流，成为电流放大器件。

    同学：怎样理解三极管的电流放大作用呢？

    老师：三极管内部进行的物理过程是十分复杂的，初学者暂时不必去深入探讨。从应用的角度来讲，可以把三极管看作是一个电流分配器。一个三极管制成后，它的三个电流之间的比例关系就大体上确定了（见图 3 ），用式子来表示就是

    β 和 α 称为三极管的电流分配系数，其中 β 值大家比较熟悉，都管它叫电流放大系数。三个电流中，有一个电流发生变化，另外两个电流也会随着按比例地变化。例如，基极电流的变化量 ΔI b ＝ 10 μA ， β ＝ 50 ，根据 ΔI c ＝ βΔI b 的关系式，集电极电流的变化量 ΔI c ＝ 50×10 ＝ 500μA ，实现了电流放大。
     同学：为什么在三极管内部能够把基极电流变成比它大 β 倍的集电极电流呢？

    老师：这个问题问得好。三极管自身并不能把小电流变成大电流，它仅仅起着一种控制作用，控制着电路里的电源，按确定的比例向三极管提供 I b 、 I c 和 I e 这三个电流。为了容易理解，我们还是用水流比喻电流（见图 4 ）。这是粗、细两根水管，粗的管子内装有闸门，这个闸门是由细的管子中的水量控制着它的开启程度。如果细管子中没有水流，粗管子中的闸门就会关闭。注入细 管子中的水量越大，闸门就开得越大，相应地流过粗管子的水就越多，这就体现出“以小控制大，以弱控制强”的道理。由图可见，细管子的水与粗管子的水在下端 汇合在一根管子中。三极管的基极 b 、集电极 c 和发射极 e 就对应着图 4 中的细管、粗管和粗细交汇的管子。电路见图 5 ，若给三极管外加一定的电压，就会产生电流 I b 、 I c 和 I e 。调节电位器 RP 改变基极电流 I b ， I c 也随之变化。由于 I c ＝ βI b ，所以很小的 I b 控制着比它大 β 倍的 I c 。 I c 不是由三极管产生的，是由电源 V CC 在 I b 的控制下提供的，所以说三极管起着能量转换作用。

    同学：为了得到比较高的放大倍数，选择三极管时是不是 β 越大越好？
    老师：单纯从“放大”的角度来看，我们当然希望 β 值越大越好。可是，三极管接成共发射极放大电路（图 6 ）时，从管子的集电极 c 到发射极 e 总会产生一有害的漏电流，称为穿透电流 I ceo ，它的大小与 β 值近似成正比， β 值越大， I ceo 就越大。 I ceo 这种寄生电流不受 I b 控制，却成为集电极电流 I c 的一部分， I c ＝ βI b ＋ I ceo 。值得注意的是， I ceo 跟温度有密切的关系，温度升高， I ceo 急剧变大，破坏了放大电路工作的稳定性。所以，选择三极管时，并不是 β 越大越好，一般取硅管 β 为 40 ～ 150 ，锗管取 40 ～ 80 。

    同学：三极管的穿透电流一般有多大呢？怎么测量穿透电流？
    老师：在常温下，锗管的穿透电流比较大，一般由几十微安到几百微安，硅管的穿透电流就比较小，一般只有零点几微安到几微安。 I ceo 虽然不大，却与温度有着密切的关系，它们遵循着所谓的“加倍规则”，这就是温度每升高 10℃ ， I ceo 约增大一倍。例如，某锗管在常温 20℃ 时， I ceo 为 20μA ，在使用中管芯温度上升到 50℃ ， I ceo 就增大到 160μA 左右。测量 I ceo 的电路很简单（图 7 ），三极管的基极开路，在集电极与发射极之间接入电源 V CC （ 6V ），串联在电路中的电流表（可用万用表中的 0.1mA 挡）所指示的电流值就是 I ceo 。

    同学：三极管的 β 是不是一个不变的常数呢？
    老师：严格地说，三极管的 β 值不是一个不变的常数。在实际使用中，调整三极管的集电极电流 I ， β 值会随着发生变化（图 8 ）。一般说来，在 I c 很小（例如几十微安）或很大（即接近集电极最大允电流 I CM ）时， β 值都比较小，在 1mA 以上相当宽的范围内，小功率管的 β 值都比较大，所以，同学们在调试放大电路时，要确定合适的工作电流 I c ，以获得最佳放大状态。另外， β 值也和三极管的其它参数一样，跟温度有密切的关系。温度升高， β 值相应变大。一般温度每升高 1℃ ， β 值增加 0.5 ％～ 1 ％。

    同学：为了保证三极管的 β 值不致下降太多，在使用中怎样对它的集电极电流进行限制呢？
    老师：三极管有一个极限参数叫集电极最大允许电流，用 I CM 表示。 I CM 常称为三极管的额定电流，所以人们常常误认为超过了 I CM 值，由于过热会把管子烧坏。实际上，规定 I CM 值是为避免集电极电流太大时引起 β 值下降过多。一般把 β 值降低到它的最大值一半左右时的集电极电流定为集电极最大允许电流 I CM 。
    同学：三极管为什么分成高频管和低频管？
    老师：正好可以向大家进一步说明，三极管的电流放 大系数 β 值还与电路的工作频率有关。在一定的频率范围内，可以认为 β 值是不随频率变化的（图 9 ），可是当频率升高到超过某一数值后， β 值就会明显下降。为了保证三极管在高频时仍然具有足够的放大能力，人们规定：当频率升高到使 β 值下降到低频（ 1000Hz ）值 β 0 的 0.707 倍时，所对应的频率称为 β 截止频率，用 f β 表示。 f β 就是三极管接成共发射极电路时所允许的最高工作频率。

    同学：怎样划分低频管和高频管呢？
    老师：回答这个问题，还需要多说几句。刚刚提到的三极管 β 截止频率 f β 是在三极管接成共发射极放大电路时测定的。如果三极管接成共基极电路，随着频率的升高，其电流放 大系数 α （ α ＝ I c ／ I e ）值下降到低频（ 1000Hz ）值 α o 的 0.707 倍时，所对应的频率称为 α 截止频率，用 f α 表示（图 10 ）。 f α 反映了三极管共基极运用时的频率限制。在三极管产品系列中，常根据 f α 的大小划分低频管和高频管。国家规定， f α ＜ 3MHz 的为低频管， f α ＞ 3MHz 的为高频管。

    同学：假如三极管的工作频率高于 f β 值，会不会失去电流放大能力呢？ f β 与 f α 的关系是什么？
    老师：当频率高于 f β 值后，继续升高频率， β 值将随之下降，直到 β ＝ 1 ，三极管就失去了放大能力。为此，人们规定：在高频条件下， β ＝ 1 时所对应的频率，称为特征频率，用 f T 表示。 f T 常作为标志三极管频率特性好坏的重要参数。在选择三极管时，应使管子的特征频率 f T 比实际工作频率高出 3 ～ 5 倍。
     f α 与 f β 的物理意义是相同的，仅仅是放大电路连接方式不同。理论分析和实验都可以证明，同一只三极管的 f β 值远比 f α 值要小，它们之间的关系为
f β ＝（ 1 － α ） f α
     这就说明了共发射极电路的极限工作频率比共基极电路低得多。所以，高频放大和振荡电路大多采用共基极连接。