一文读懂三极管

问题1：什么是三极管?

三极管，也叫晶体管，是一种控制电流的半导体器件。这里的“控制电流”多指放大电流信号。除了放大电流，三极管还常用作开关。

实物长这样：

三极管

三极管电路符号

问题2：三极管在电路中的作用是什么?

主要两种作用：模拟电路主要用于放大信号，数字电路主要用于无触点开关。

问题3：三极管的内部结构是怎么样的?

二极管PN结，我想大家应该熟悉：

PN结

三极管可以看作由两个PN结组成，有两种组合方式：PN-NP，形成PNP三极管;NP-PN，形成NPN三极管。无论是NPN三极管还是PNP三极管，都会有三个极：基极(b)、集电极(c)、发射极(e)。

值得一提的是，三极管里的P型和N型半导体掺杂浓度是不一样的(划重点!后面要考)。比如NPN三极管，其e极连接的发射区是高浓度N型半导体，b极连接的基区是正常浓度的P型半导体，c极连接的集电区是正常浓度的N型半导体。

NPN三极管内部结构横截图

问题4：命名b极、c极、e极，有什么特殊含义吗?

三极管极脚的命名，体现了三极管工作时的电子运动状态。

发射极(e)：Emitter，发射的意思，指发射区向基区发射电子;

基极(b)：Base，基地的意思，在基区中电子会发生扩散与复合运动;

集电极(c)：Collector，收集的意思，指集电区收集电子。

问题5：PNP型与NPN型的区别是什么?

①.结构不同：PNP型三极管是由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管;NPN型三极管是由2块N型半导体中间夹着1块P型半导体所组成的三极管。

②.PN结方向不同：PNP是共阴极，即两个PN结的N结相连做为基极;NPN则刚好于此相反。③.两者的电源极性不同。

PNP型三极管与NPN型三极管更多的是结构不同，但两者的工作原理是一样。

问题6：三极管的工作原理是什么?

如上所述，从结构上来看，三极管可以看作由两个PN结组成。e极和b极间的PN结，我们叫发射结，c极和b极间的PN结叫集电结。当PN结正偏时，电路导通;反偏时，电路不导通。所以三极管的工作状态与其发射结、集电结的偏置状态息息相关。

当我们给三极管加上电源，三极管就会进入工作状态。

三极管有三种工作状态;截止、放大、饱和。

截止：发射结反偏、集电结反偏

对于硅管来说，PN结的导通电压是0.7V。

所以发射结电压Ube小于0.7V的导通电压时，发射结反偏，Ib为0。Uce>Ube，集电结反偏，三极管工作在截止状态。

放大：发射结正偏、集电结反偏

当发射结电压Ube等于0.7V的导通电压，发射结导通，Uce>Ube，集电结反偏。Ic=β * Ib，其中β正常情况下在几十到100多的范围内。Ib控制Ic，Ic与Ib近似于线性关系，在基极加上一个小信号电流，就能引起集电极大的信号电流输出。

饱和：发射结正偏、集电结正偏

UBE=0.7V，发射结正偏;Uce

综上，三极管工作状态的特点如下：

NPN三极管(硅管)工作状态的特点

为方便大家理解，我们打个比方。

集电极连接的电源，是放大输出的源头，我们看做集电极连接了一个水池，集电极闸门的闸口开的越大，水流(Ic)就会越大。而基极电流(Ib)好比我们推动集电极闸门的力的大小，用力推(Ib变大)，集电极闸门开的就大，水流(Ic)就变大，这是基极电流控制集电极电流。我们的推力一直变大，当推力(Ib)大到一定数值后，集电极闸门完全打开，开到了最大，我们的推力不能再和水流成线性关系了，这时三极管放大就达到了饱和状态。

问题7：为什么三极管能放大?

所谓的放大，指的用小信号撬动大信号。在三极管上，是基极电流(Ib)控制集电极电流(Ic)的变化，但Ic的变化比Ib的变化要大得多。

以NPN型三极管为例，发射区N型半导体的掺杂浓度比集电区N型半导体的要高，掺杂浓度高意味自由电子浓度高，这是三极管实现放大功能的关键。

当发射结正偏且集电结反偏时，三极管处于放大工作状态。发射结正偏，发射结导通，由于发射区自由电子浓度较高，所以进入基区P型半导体的自由电子也多，基区电场增大。此时，虽然集电结反偏，但由于基区电场大于集电区，所以基区部分电子突破集电结耗尽层，产生漂移运动，进入集电极，使得集电结导通，产生Ic。

当Ib变大时，发射结自由电子浓度升高，漂移电子增多，Ic增大。所以Ib控制Ic，Ic与Ib近似于线性关系，只要我们在基极加上一个小信号电流，就能引起集电极大的信号电流输出。

问题8：三极管如何实现开关功能?

三极管用作开关时，只有截止、饱和两个状态。截止状态看作是“关”，饱和状态看作是“开”。

重点是，三极管在什么情况下导通?什么情况下又会关断?

控制Ib即可实现开关功能。当Ib=0，发射结没有导通，三极管工作在截止状态。当Ib≥1mA时，完全可以保证三极管工作在饱和状态，对于小功率的三极管此时Ic为几十到几百mA，驱动继电器、蜂鸣器等功率器件绰绰有余。

问题9：三极管有什么特性?

流控特性：即电流控制电流，b极电流可控制c极电流的有无与大小。

放大特性：b极电流的小变化可引起c极电流的大变化。

开关特性：除了放大作用，三极管还能用作开关。比如当NPN三极管的e极接地，b极电流>1mA时，三极管完全导通，起到开关作用。

问题10：三极管有哪些应用?

三极管主要应用电路：

放大电路：用作电压或电流放大。

振荡电路：用作调制、解调或自激振荡。

开关电路：作闸流、限流或开关管。

在生活中，常见家里音响中的功率放大器，主要器件就是三极管，它可以把很弱小的声音信号放大到足以振动扬声器发出声音。还有楼道里的触摸开关，光敏开关，以及你天天都离不开的手机、电脑、充电器，电视等都会用到三极管。

审核编辑：汤梓红