圖說三極管教你真正學(xué)懂三極管

圖說三極管晶體三極管——是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。在電子元件家族中，三極管屬于半導(dǎo)體主動(dòng)元件中的分立元件。廣義上，三極管有多種，常見如下圖所示。狹義上，三極管指雙極型三極管，是最基礎(chǔ)最通用的三極管。本文所述的是狹義三極管，它有很多別稱:三極管的發(fā)明晶體三極管出現(xiàn)之前是真空電子三極管在電子電路中以放大、開關(guān)功能控制電流。真空電子管存在笨重、耗能、反應(yīng)慢等缺點(diǎn)。真空電子三極管二戰(zhàn)時(shí)，軍事上急切需要一種穩(wěn)定可靠、快速靈敏的電信號(hào)放大元件，研究成果在二戰(zhàn)結(jié)束后獲得。早期，由于鍺晶體較易獲得，主要研制應(yīng)用的是鍺晶體三極管。硅晶體出現(xiàn)后，由于硅管生產(chǎn)工藝很高效，鍺管逐漸被淘汰。經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，三極管種類繁多，形貌各異。

小功率三極管一般為塑料包封；大功率三極管一般為金屬鐵殼包封。三極管核心結(jié)構(gòu)三極管的核心是“PN”結(jié)，是兩個(gè)背對(duì)背的PN結(jié)?？梢允荖PN組合，也或以是PNP組合。由于硅NPN型是當(dāng)下三極管的主流，以下內(nèi)容主要以硅NPN型三極管為例。NPN型三極管結(jié)構(gòu)示意圖三極管的制造流程圖工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)管芯結(jié)構(gòu)切面圖發(fā)射區(qū)高摻雜：為了便于發(fā)射結(jié)發(fā)射電子，發(fā)射區(qū)半導(dǎo)體摻濃度高于基區(qū)的摻雜濃度，且發(fā)射結(jié)的面積較小。基區(qū)尺度很?。?~30μm，摻雜濃度低。集電結(jié)面積大：集電區(qū)與發(fā)射區(qū)為同一性質(zhì)的摻雜半導(dǎo)體，但集電區(qū)的摻雜濃度要低，面積要大，便于收集電子。三極管不是兩個(gè)PN結(jié)的簡(jiǎn)單拼湊，兩個(gè)二極管是組成不了一個(gè)三極管的。工藝結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相當(dāng)重要，PN結(jié)不同材料成份、尺寸、排布、摻雜濃度和幾何結(jié)構(gòu)，能制成各樣各樣的元件，包括IC。三極管電路符號(hào)三極管電流控制原理示意圖三極管基本電路外加電壓使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。集/基/射電流關(guān)系：IE=IB+IC

IC=β*IB如果IB=0,那么IE=IC=0三極管特性曲線輸出特性曲線集-射極電壓UCE為某特定值時(shí)，基極電流IB與基-射電壓UBE的關(guān)系曲線。UBER是三極管啟動(dòng)的臨界電壓，它會(huì)受集射極電壓大小的影響，正常工作時(shí)，NPN硅管啟動(dòng)電壓約為0.6V；UBE<UBER時(shí)，三極管高絕緣，UBE>UBER時(shí)，三極管才會(huì)啟動(dòng)；UCE增大，特性曲線右移，但當(dāng)UCE>1.0V后，特性曲線幾乎不再移動(dòng)。輸出特性曲線基極電流IB一定時(shí)，集極IC與集-射電壓UCE之間的關(guān)系曲線，是一組曲線。當(dāng)IB=0時(shí)，IC→0，稱為三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。當(dāng)IB>0時(shí)，IB輕微的變化，會(huì)在IC上以幾十甚至百多倍放大表現(xiàn)出來。當(dāng)IB很大時(shí)，IC變得很大，不能繼續(xù)隨IB的增大而增大，三極管失去放大功能，表現(xiàn)為開關(guān)導(dǎo)通。三極管核心功能開關(guān)功能：以小電流控制大電流的通斷。放大功能：小電流微量變化，在大電流上放大表現(xiàn)出來。

三極管的放大功能IC=β*IB

（其中β≈10~400），例：當(dāng)基極通電流IB=50μA時(shí)，集極電流為IC=βIB=120*50μA=6000μA。

微弱變化的電信號(hào)通過三極管放大成波幅度很大的電信號(hào)，如下圖所示：所以，三極管放大的是信號(hào)波幅，三極管并不能放大系統(tǒng)的能量。能放大多少？哪要看三極管的放大倍數(shù)β值了。首先β由三極管的材料和工藝結(jié)構(gòu)決定，如硅三極管β值常用范圍為：30~200，鍺三極管β值常用范圍為：30~100，β值越大，漏電流越大，β值過大的三極管性能不穩(wěn)定。其次β會(huì)受信號(hào)頻率和電流大小影響：

信號(hào)頻率在某一范圍內(nèi)，β值接近一常數(shù)，當(dāng)頻率越過某一數(shù)值后，β值會(huì)明顯減少。β值隨集電極電流IC的變化而變化，IC為mA級(jí)別時(shí)β值較小。一般地，小功率管的放大倍數(shù)比大功率管的大。三極管主要性能參數(shù)溫度對(duì)三極管性能的影響溫度幾乎影響三極管所有的參數(shù)，其中對(duì)以下三個(gè)參數(shù)影響最大。

對(duì)放大倍數(shù)β的影響在基極輸入電流IB不變的情況下，集極電流IC會(huì)因溫度上升而急劇增大。對(duì)反向飽和電流（漏電流）ICEO的影響ICEO是由少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)形成的，它與環(huán)境溫度關(guān)系很大，ICEO隨溫度上升會(huì)急劇增加。溫度上升10℃，ICEO將增加一倍。雖然常溫下硅管的漏電流ICEO很小，但溫度升高后，漏電流會(huì)高達(dá)幾百微安以上。

對(duì)發(fā)射結(jié)電壓UBE的影響溫度上升1℃，UBE將下降約2.2mV。

溫度上升，β、IC將增大，UCE將下降，在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采取相應(yīng)的措施，如遠(yuǎn)離熱源、散熱等,克服溫度對(duì)三極管性能的影響。三極管的分類三極管命名標(biāo)識(shí)不同的國(guó)家/地區(qū)對(duì)三極管型號(hào)命名方式不同。還有很多廠家使用自己的命名方式。三極管封裝及管腳排列方式關(guān)于封裝三極管設(shè)計(jì)額定功率越大，其體積就越大，又由于封裝技術(shù)的不斷更新發(fā)展，所以三極管有多種多樣的封裝形式。當(dāng)前，塑料封裝是三極管的主流封裝形式，其中“TO”和“SOT”形式封裝最為常見。關(guān)于管腳排列不同品牌、不同封裝的三極管管腳定義不完全一樣的，一般地，有以上規(guī)律：規(guī)律一：對(duì)中大功率三極管，集電極明顯較粗大甚至以大面積金屬電極相連，多處于基極和發(fā)射極之間規(guī)律二：對(duì)貼片三極管，面向標(biāo)識(shí)時(shí)，左為基極，右為發(fā)射極，集電極在另一邊三極管的選用原則考慮三極管的性能極限，按“2/3”安全原則選擇合適的性能參數(shù)。集極電流IC：IC<2/3*ICM，ICM集極最大允許電流，當(dāng)IC>ICM時(shí)，三極管β值減小，失去放大功能。集極功率PW：PW<2/3*PCM，PCM集極最大允許功率，當(dāng)PW>PCM三極管將燒壞。集-射反向電壓UCE：UCE<2/3*UBVCEO，UBVCEO基極開路時(shí)，集-射反向擊穿電壓，集/射極間電壓UCE>UBVCEO時(shí)，