三极管的电流放大作用

一、三极管的结构和符号

1、半导体三极管又称晶体管，它是在一块锗基片或硅基片上分别制作出两个P区、一个N区或两个N区、一个P区，然后再从这几个区分别引出电极而成。有两个P区的管子称PNP三极管，有两个N区的管子称NPN三极管。其结构示意图与对应的符号如下图所示。

从上图可以看出，无论是PNP三极管还是NPN三极管都有两个PN结，分别称发射结与集电结。三个电极分别称发射极(e)、基极 (b)和集电极(c)。

2、三极管结构上的特点是基区的厚度极薄，掺杂很轻；发射区的尺寸比集电区小，但集电区的掺杂比发射区轻。一般NPN三极管以硅管居多，而PNP三极管以锗管居多。

二、三极管的电流放大作用

1、三极管的电流放大作用

为说明三极管的电流放大作用，在NPN三极管的三个电极上加适当的电压。

1）在上图所示的电压极性作用下，发射结处于正向连接(称正偏)，当电压Ube大于发射结阀电压时，PN结导通，发射极(N区)的大量电子载流子进入基区，由于基区掺杂轻，只有少量的空穴载流子，因此进入基区的电子只有很少一部分能与基区的空穴相复合，而大量的电子仍继续向前扩散(即向基区靠近集电区一侧扩散)。这些基区的电子在基区(P区)中充当着少数载流子的角色。由于集电结处于反偏，因此这些在基区中的电子以漂移运动的方式进入到集电区，并被集电区所收集。

2）发射区电子进入基区后，与基区空穴复合掉一部分，这部分电子又被基极正电源Eb拉走，形成基极电流Ib；从发射区进入基区后又漂移到集电区的电子，被集电极正电源Ec拉走形成集电极电流Ic。这两部分电子被正电源拉走后，又回到发射区，从而形成发射极电流Ie。不难看出：Ie=Ic+Ib。

3）由于漂移到集电区的电子数比在基区复合掉的电子数多得多，因此形成的集电极电流Ie>>基极电流Ib。

Ib改变，使Ie随之而变的作用称三极管的电流控制作用。但被控量Ie的变化比控制量Ib的变化要大得多，工程上将这种以小控大的作用称之为放大。电子技术领域里把这种以小电流控制大电流的作用称为电流放大作用。

2、电流放大系数

共发射极连接时，三极管电流放大作用的大小，可用电流放大系数表示。

1）静态电流放大系数β(h FE )

静态电流放大系数是指Uce为某一定只是值时Ic与Ib的比值，即h FE =Ic/Ib

2）动态电流放大系数β(h fe )

动态电流放大系数是指Uce为某一定值时集电极电流增量△Ic与基极电流增量△Ib的比值，即h fe =△Ic/△Ib

由于hFE与hfe很接近，所以在实际应用时不作严格区别。

三、三极管的主要参数

1、电流放大系数

电流放大系数用来表征三极管的电流放大能力，可分为静态电流放大系数和动态电流放大系数。由于特性曲线的非线性，所以只有在特性曲线近于水平的部分，Ic随Ib成正比的变化，β值才可认为基本恒定。常用的三极管，其β值约在20-100之间。

2、极间反向电流

在三极管中，除了多数载流子的运动以外，还有少数载流子的运动，这些少数载流子的运动所形成的电流称极间反向电流。由于少数载流子受温度的影响较大，因此极间反向电流对三极管的工作有一定的影响。影响较大的极间反向电流有以下两种。

1）集电极反向电流(集-基极反向饱和电流)Icbo

当发射极开路时，如下图 (a)所示，由于Ec>>Eb，所以集电极处于反偏，集电区内的少数载流子空穴在反向电场作用下将向基区漂移。从而形成集-基极反向饱和电流Icbo。饱和电流Icbo的大小表征着三极管质量的好坏。良好的三极管，Icbo应该很小。在室温下，锗管的Icbo约几十微安；小功率硅管的Icbo则在IuA以下，从这点说明硅管的热稳定比锗管好。Icbo的大小几乎与外加电压无关，但受温度影响较大，温度升高时Icbo将增大。

2）穿透电流(集-射极穿透电流)Iceo

基极开路时集电结处于反偏，发射结处于正偏，此时通过集电极的电流好似直接从发射区穿透到集电区的，故称其为穿透电流。如上图 (b)所示。对这种情况下的载流子进行分析，可得到穿透电流Iceo与集-基极反向饱和电流Icbo的关系式

Iceo=Iceo+βIcbo=(1+β)Icbo

由于Iceo的存在，所以集电极电流应为

Ic=βIb+Iceo=βIb+(1+β)Icbo

可见集电极电流Ic受Icbo、Iceo及β的影响。而这些量又受温度的影响，因此要使三极管的稳定性好，管子的极间反向电流应尽量小，而β也不宜过大。

3、极限参数

1）集电极最大允许电流ICM

集电极电流超过一定值后，β值要下降。当β下降到正常值三分之二时的集电极电流称集电极最大允许电流I CM 。当Ic>ICM时，管子虽不一定损坏，但β值下降得太多。

2）集-射极击穿电压 BUceo

基极开路时，加在集-射极间的最大允许电压称集-射极击穿电压BUceo。温度升高时，BUceo要降低。

3）集电极最大允许耗散功率PCM

由于集电极电流流经集电结时会产生热量，使结温升高，并引起参数变化。当三极管受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率P CM 。

四、温度对三极管参数的影响

温度变化时对三极管参数的影响主要有以下方面：

1、对发射结阀电压和输入特性的影响

温度升高时，阀电压降低，输入特性左移；温度降低时，则作相反的变化。如下图(a)所示。

2、对Icbo的影响

温度升高时Icbo增大，Ic也随之增大；反之，Icbo减小，Ic也减小，如上图(b)所示。对硅管来说，Icbo很小，所以与锗管相比，其影响极微。

3、对电流放大系数的影响

温度升高时，电流放大系数也将随之增大。关于这一点，从上图(b)的输出特性曲线中也可以看出。

五、三极管电极的判别

1、基极判别

将万用表选择开关拨在欧姆档，量程选用Rx100或Rx1k。用万用表的两根表笔分别对三个电极中的任何两个进行正接、反接各测一次。如测得电阻均较大，则剩下的电极(未参加测量的那个极)即为基极。

2、管型判别

基极判定后，用万用表的黑笔(表内电池的正极)接到基极，用红笔分别测另外两个电极。如测得的电阻都很大，则该管为PNP型；如测得的电阻均较小，则该管为NPN型。

3、发射极与集电极的判别

1）对于PNP型三极管，将红表笔接到假定集电极上，黑表笔接另一未知管脚，右手手指蘸点水，用拇指和食指捏住红表笔和集电极，用中指碰基极，这样通过手的电阻给三极管加正向偏流，使三极管导通，记下万用表指示的阻值。然后再假定另一管脚为集电极，用同样的方法测试，记下并比较两阻值，其中阻值小的一次假定集电极是正确的。这是因为发射区产掺杂重，集电区掺杂轻。测得的电阻小，表示Iceo大；而测得的电阻大，则表示Iceo小。即红表笔所接的管脚是集电极，黑表笔所接的管脚是发射极。

2）对于NPN型三极管，将红、黑两只表笔对调，用同样的方法测试。