"晶體三極管，是半導體基本元器件之一，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，三極管屬于半導體主動元件中的分立元件。

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:

三極管的發明

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晶體三極管出現之前是真空電子三極管在電子電路中以放大、開關功能控制電流。

真空電子管存在笨重、耗能、反應慢等缺點。

二戰時，軍事上急切需要一種穩定可靠、快速靈敏的電信號放大元件，研究成果在二戰結束后獲得。

早期，由于鍺晶體較易獲得，主要研制應用的是鍺晶體三極管。硅晶體出現后，由于硅管生產工藝很高效，鍺管逐漸被淘汰。

經半個世紀的發展，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。

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三極管核心結構

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核心是“PN”結

是兩個背對背的PN結

可以是NPN組合，也或以是PNP組合

由于硅NPN型是當下三極管的主流，以下內容主要以硅NPN型三極管為例！

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NPN型三極管結構示意圖

硅NPN型三極管的制造流程

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管芯結構切面圖

工藝結構特點：

發射區高摻雜：為了便于發射結發射電子，發射區半導體摻濃度高于基區的摻雜濃度，且發射結的面積較小;

基區尺度很薄:3~30μm，摻雜濃度低;

集電結面積大：集電區與發射區為同一性質的摻雜半導體，但集電區的摻雜濃度要低，面積要大，便于收集電子。

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三極管不是兩個PN結的間單拼湊，兩個二極管是組成不了一個三極管的！

工藝結構在半導體產業相當重要，PN結不同材料成份、尺寸、排布、摻雜濃度和幾何結構，能制成各樣各樣的元件，包括IC。

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三極管電路符號

三極管電流控制原理示意圖

三極管基本電路

外加電壓使發射結正向偏置，集電結反向偏置。

集/基/射電流關系：

I_{E ?}= ?I_{B ?}+ I_C?

I_{C ?}= ?β ?* ?I_B

如果 I_B = 0, 那么 I_E = I_C = 0

三極管特性曲線

輸入特性曲線

集-射極電壓U_CE為某特定值時，基極電流I_B與基-射電壓U_BE的關系曲線。

U_BER是三極管啟動的臨界電壓，它會受集射極電壓大小的影響，正常工作時，NPN硅管啟動電壓約為0.6V；

U_BE<U_BER時，三極管高絕緣，U_BE>U_BER時，三極管才會啟動；

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U_CE增大，特性曲線右移，但當U_CE>1.0V后，特性曲線幾乎不再移動。

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輸出特性曲線

基極電流I_B一定時，集極I_C與集-射電壓U_CE之間的關系曲線，是一組曲線。

當I_B=0時, I_C→0 ,稱為三極管處于截止狀態，相當于開關斷開;

當I_B>0時, I_B輕微的變化,會在I_C上以幾十甚至百多倍放大表現出來;

當I_B很大時，I_C變得很大，不能繼續隨IB的增大而增大，三極管失去放大功能，表現為開關導通。

三極管核心功能：

放大功能：小電流微量變化，在大電流上放大表現出來。?

開關功能：以小電流控制大電流的通斷。

三極管的放大功能

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I_{C ??}= ? β ?* ?I_{B ??}（其中β≈ 10~400 ）

例：當基極通電流I_B=50μA時,集極電流:

I_C=βI_B=120*50μA=6000μA

微弱變化的電信號通過三極管放大成波幅度很大的電信號，如下圖所示：

所以，三極管放大的是信號波幅，三極管并不能放大系統的能量。

能放大多少？

哪要看三極管的放大倍數β值了！

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首先β由三極管的材料和工藝結構決定：

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定。

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其次β會受信號頻率和電流大小影響：?

信號頻率在某一范圍內，β值接近一常數，當頻率越過某一數值后，β值會明顯減少。

β值隨集電極電流I_C的變化而變化，I_C為mA級別時β值較小。一般地，小功率管的放大倍數比大功率管的大。

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三極管主要性能參數

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三極管性能參數較多，有直流、交流和極限參數之分：

類型	參數項	符號	意義
直流參數	共射直流放大系數	β	無交變信號輸入，共射電路集基電流的比值。β=IC/IB
	共基直流放大系數	α	無交變信號輸入，共基極電路集射的比值。
	集-射 反向電流	ICEO	基極開路，集-射極間反向電流，又稱漏電流、穿透電流。
	集極 反向電流	ICBO	射極開路時，集電結反向電流（漏電流） ICEO=βICBO
交流參數	共射交流放大系數	β	共射電路，集基電流變化量比值：β=ΔIC/ΔIB
	共基交流放大系數	α	共基電路，集射電流變化量比值：α=ΔIC/ΔIE
	共射截止頻率	?β	β因頻率升高3dB對應的頻率
	共基截止頻率	?α	α因頻率升高而下降3dB對應的頻率
	特征頻率	?T	頻率升高，β下降到1時對應的頻率。
極限參數	集極最大電流	ICM	集極允許通過的最大電流。
	集極最大功率	PCM	實際功率過大，三極管會燒壞。
	集-射極擊穿電壓	UCEO	基極開路時，集-射極耐電壓值。

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溫度對三極管性能的影響

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溫度幾乎影響三極管所有的參數，其中對以下三個參數影響最大。?

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（1）對放大倍數β的影響：

在基極輸入電流I_B不變的情況下，集極電流I_C會因溫度上升而急劇增大。?

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（2）對反向飽和電流（漏電流）I_CEO的影響：

?I_CEO是由少數載流子漂移運動形成的，它與環境溫度關系很大，I_CEO隨溫度上升會急劇增加。溫度上升10℃，I_CEO將增加一倍。

雖然常溫下硅管的漏電流I_CEO很小，但溫度升高后，漏電流會高達幾百微安以上。?

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（3）對發射結電壓?U_BE的影響：

溫度上升1℃，UBE將下降約2.2mV。?

溫度上升，β、I_C將增大，U_CE將下降，在電路設計時應考慮采取相應的措施，如遠離熱源、散熱等,克服溫度對三極管性能的影響。

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三極管的分類

分類角度		種類	說明
從技術工藝	按材料	硅三極管?0.6V 鍺三極管?0.3V	一般地： 鍺管為PNP型 硅管為NPN型
	按結構	PNP型 NPN型
	按制造工藝	平面型 合金型 擴散型	高頻管多為擴散型 低頻管多為合金型 ?
從性能	按頻率	低頻管?<3MHz 中頻管??3~30(MHZ) 高頻管?30~500 ?(MHZ) 超高頻管??>500MHZ
	按功率	小功率?PCM??<0.5W 中功率?0.5<PCM<1w 大功率?PCM??>1w	功率越大體積越大，散熱要求越高。
	功能 用途	放大管????開關管 高反壓管??光電管 帶阻尼管??數字管
從封裝外形	按封裝材料	金屬封裝??玻璃封裝 陶瓷封裝??塑料封裝 薄膜封裝	塑料封裝為主流 金屬封裝成本較高
	按封裝形式	引線式?TO 貼片式?SOT	貼片式正逐步取代引線式。

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三極管命名標識

不同的國家/地區對三極管型號命名方式不同。還有很多廠家使用自己的命名方式。

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中國大陸三極管命名方式

3	D	D	12	X
2：二極管 3：三極管	A：PNP鍺 B：NPN鍺 C：PNP硅 D：NPN硅	X：低頻小功率 ?G：高頻小功率 ?D：低頻大功率 ?A：高頻大功率	序號	規格號

例：3DD12X ? NPN型低頻大功率硅三極管

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日本三極管型號命名方式

2	S	D	13	B
0：光電管 1：二極管 2：三極管	注冊標識	A：PNP高頻管 ?B：PNP低頻管 ?C：NPN高頻管 ?D：NPN低頻管	電子協會登記順序	改進型號

例：2SC1895 ? 高頻NPN型三極管

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美國電子工業協會（EIA）三極管命名方式

JANS	2	N	2904	A
JANTX：特軍級 JANTXV：超特軍 JANS：宇航級 （無）：非軍用品	1：二極管 2：三極管 “n”：n個PN????結元件	EIA注冊標識	EIA登記順序號	不同檔別

例：JANS2N2904 ? 宇航級三極管

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歐洲三極管命名方式

B	C	208	A
A：鍺管 B：硅管	C：低頻小功率 D：低頻大功率 F：高頻小功率 L：高頻大功率	登記順序號	β的檔別

例：BC208A ? 硅材料低頻小功率三極管

三極管封裝及管腳排列方式

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關于封裝：

三極管設計額定功率越大，其體積就越大，又由于封裝技術的不斷更新發展，所以三極管有多種多樣的封裝形式。

當前，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，有以上規律：

規律一：對中大功率三極管，集電極明顯較粗大甚至以大面積金屬電極相連，多處于基極和發射極之間；

規律二：對貼片三極管，面向標識時，左為基極，右為發射極，集電極在另一邊；

基極 — B?? ??集電極 — C?? ??發射極 — E

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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。:

集極電流I_C:

I_{C ?} <???2 / 3 *??I_CM

_ICM?集極最大允許電流

當 I_C>I_CM時，三極管β值減小，失去放大功能。

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?集極功率P_W:

P_{W ?}< ?2 / 3 ?* ?P_CM

?P_CM集極最大允許功率。

當P_W?> P_CM?三極管將燒壞。

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集-射反向電壓U_CE:

U_{CE ?} < ? 2 / 3 ?*??U_BVCEO

U_BVCEO基極開路時,集-射反向擊穿電壓

集/射極間電壓U_CE>U_BVCEO時，三極管產生很大的集電極電流擊穿,造成永久性損壞。

工作頻率?：

? ?= ?15% ?* ??_T

?_{T —} 特征頻率

隨著工作頻率的升高，三極管的放大能力將會下降，對應于β=1?時的頻率?_T叫作三極管的特征頻率。

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此外，還應考慮體積成本，優先選用貼片式三極管。

總結

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