三极管基础知识 一

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。