极管的工作原理

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1、三极管，全称应为半导体三极管，也称晶体管、晶体三极管，是一种电流控 制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电 子电路的核心元件。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 。 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫 做集电极 C，基极 B，发射极 E。分成 NPN 和 PNP两种。我们仅以 NPN三极管的 共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。下图是各种常用

2、 三极管的实物图和符号。一、三极管的电流放大作用下面的分析仅对于 NPN型硅三极管。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出发射极的，所以发射极E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电 源 能够提供给集电极足够大的电流的话） ，并且基极电流很小的变化，会引起集 电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极 电流变化量的 倍，即电流变化被放大了 倍，所以我们把 叫做三极管的放大 倍数（ 一般远大于 1，例

3、如几十，几百） 。如果我们将一个变化的小信号加到基 极跟发射 极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化， Ib 的变化被放大后，导致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流 Ic 是流过一个电阻 R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了 二、三极管的偏置电路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。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） 。当基极与发射极之间的电 压小于时，基极电流就可以认

4、为是 0。但实际中要放大的信号往往远比要小，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，上图 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 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

5、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。三、开关作用下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制（ Rc是固定值，那么最大电流为 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* Ic。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

6、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。项目二 三极管的特性曲线一、输入特性曲线在三极管共射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压 Ube 维持不同的定值时， Ube 和 Ib 之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线，如上图所示。由图可以看出这簇曲线， 有下面几个特点：（1）UBE = 0 的一条曲线与二极管的正向特性相似。这是因为UCE = 0时，集电极与发射极短路，相当于两个二极管并联，这样 IB 与 UCE 的关系就成了两个并联二极管的伏安

7、特性。（ 2）UCE由零开始逐渐增大时输入特性曲线右移，而且当 UCE的数值增至较大时（如 UCE 1V），各曲线几乎重合。这是因为 UCE由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度相 应地减小，使存贮于基区的注入载流子的数量减小，复合减小，因而 IB 减小。如保持 IB 为定 值，就必须加大 UBE ，故使曲线右移。当 UCE 较大时（如 UCE 1V），集电结所加反向电压， 已足能把注入基区的非平衡载流子绝大部分都拉向集电极去，以致UCE再增加， IB 也不再明显地减小，这样，就形成了各曲线几乎重合的现象。 （ 3）和二极管一样，三极管也有一个门限电 压 V，通常硅管约为，锗管约为。、

8、输出特性曲线输出特性曲线如上图所示。测试电路如上图。由图还可以看出，输出特性曲线可分为三个 区域：（ 1）截止区：指 IB=0 的那条特性曲线以下的区域。在此区域里，三极管的发射结和集电 结都处于反向偏置状态，三极管失去了放大作用，集电极只有微小的穿透电流IcEO。（ 2）饱和区：指绿色区域。在此区域内，对应不同IB 值的输出特性曲线簇几乎重合在一起。也就是说， UCE较小时， Ic 虽然增加，但 Ic 增加不大，即 IB 失去了对 Ic 的控制能力。这种情况，称为三极管的饱和。饱和时，三极管的发射给和集电结都处于正向偏置状态。三极管集电 极与发射极间的电压称为集一射饱和压降，用UCES表示。

9、 UCES很小，通常中小功率硅管 UCES ，IB就 是说在此区域内，三极管具有电流放大作用。此外集 电极电压对集电极电流的控制作用也很弱，当UCE1 V 后，即使再增加 UCE，Ic 几乎不再增加，此时，若 IB 不变，则三极管可以看成是一个恒流源。在放大区，三极管的发射结处于正向偏置， 集电结处于反向偏置状态。项目三三极管的测量与好坏判断中、小功率三极管的检测已知型号和管脚排列的三极管，可按下述方法来判断其性能好坏(a) 测量极间电阻。将万用表置于 R100 或 R1k 挡，按照红、黑表笔的六种不同接法 进行测试。其中，发射结和集电结的正向电阻值比较低，其他四种接法测得的电阻值都很高， 约

10、为几百千欧至无穷大。但不管是低阻还是高阻，硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管 的极间电阻大得多。(b) 三极管的穿透电流 ICEO的数值近似等于管子的倍数 和集电结的反向电流 ICBO的 乘积。 ICBO随着环境温度的升高而增长很快， ICBO的增加必然造成 ICEO的增大。而 ICEO的增 大将直接影响管子工作的稳定性，所以在使用中应尽量选用ICEO 小的管子。通过用万用表电阻直接测量三极管 ec 极之间的电阻方法，可间接估计 ICEO的大小，具体方法如下： 万用表电阻的量程一般选用 R100 或 R1k 挡，对于 PNP管，黑表管接 e极，红表笔接 c 极， 对于 NPN型三极管，黑表

11、笔接 c 极，红表笔接 e 极。要求测得的电阻越大越好。 ec 间的阻值 越大，说明管子的 ICEO 越小；反之，所测阻值越小，说明被测管的ICEO 越大。一般说来，中、小功率硅管、锗材料低频管，其阻值应分别在几百千欧、几十千欧及十几千欧以上，如果阻值 很小或测试时万用表指针来回晃动，则表明ICEO很大，管子的性能不稳定。(c) 测量放大能力 ( 。)目前有些型号的万用表具有测量三极管 hFE的刻度线及其测试插 座，可以很方便地测量三极管的放大倍数。先将万用表功能开关拨至 挡，量程开关拨到 ADJ 位置，把红、黑表笔短接，调整调零旋钮，使万用表指针指示为零，然后将量程开关拨到 hFE 位置，并

12、使两短接的表笔分开，把被测三极管插入测试插座，即可从 hFE 刻度线上读出管子的 放大倍数。 另外：有此型号的中、小功率三极管，生产厂家直接在其管壳顶部标示出不同 色点来表明管子的放大倍数 值，其颜色和 值的对应关系如表所示，但要注意，各厂家所用 色标并不一定完全相同。检测判别电极(a) 判定基极。用万用表 R100 或 R1k 挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、 反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时， 则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极 b。黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则

13、可判定被测三极管为 PNP型管；如 果黑表笔接的是基极 b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为 NPN型 管。(b) 判定集电极 c和发射极 e。(以PNP为例)将万用表置于 R100或 R1k挡，红表笔基 极 b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管截止于应用上，脚为发射极。(C) 判别高频管与低频管 高频管的 频率大于 3MHz，而低频管的截止频率则小 3MHz，一般情况下，二者是不能互换的。( D) 在路电压检测判断法 在实际 中、小功率三极管

14、多直接焊接在印刷电路板由于元件的安装密度大，拆卸比较麻烦，所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡，去测量 被测三极管各引脚的电压值，来推断其工作是否正常，进而判断其好坏。三、大功率晶体三极管的检测利用万用表检测中、小功率三极管的极性、管型及性能的各种方法，对检测大功率三极管来 说基本上适用。但是，由于大功率三极管的工作电流比较大，因而其 PN结的面积也较大。 PN结 较大，其反向饱和电流也必然增大。所以，若像测量中、小功率三极管极间电阻那样，使用万 用表的 R1k 挡测量，必然测得的电阻值很小，好像极间短路一样，所以通常使用 R10 或 R1挡检测大功率三极管。四、普通达林顿管的检测 （ 右图 ）用万用表对普通达林顿管的检测包括识别电极、区分PNP和 NPN类型、估测放大能力等项内容。因为达林顿管的 EB 极之间包含多个发射结，所以应该使用万用表能提供较高电压的 R10k 挡进行测量。五、大功率达林顿管的检测管基R2等件对按下阻值，有较检测大功率达林顿管的方法与检测普通达林顿 本相同。但由于大功率达林顿管内部设置了V3、R1、保护和泄放漏电流元件，所以在检测量应将这些元 测量数据的影响加以区分，以免造成误判。具体可 述几个步骤进行：A 用万用表 R10k 挡测量 B、 C之间 PN结电 应明显测出具有单向导电性能。正、反向电阻值应 大差异B 在大功率达