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本系列文章是我在学习电路基础知识过程中顺道记录下一些重点，感觉比较新颖，遂记之。 本文为基础元件学习中的一部分
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系列文章目录前言一、三极管基础知识1、三极管工作原理2、三极管的命名3、三极管的分类4、三极管的工作状态
二、三极管主要特性1、三极管的主要参数2、三极管放大控制特性
三、三极管偏置电路1、固定偏置电路2、分压偏置电路3、反馈偏置电路
前言
本文是在学习三极管电路知识过程中总结出部分重要知识点，仅供分享学习。
一、三极管基础知识
讲起电子电路、电子元器件当然离不开“主角”三极管。电路中的许多元器件也都是为三极管服务的。
1、三极管工作原理
3 根引脚中，基极是控制引脚，基极电流大小控制着集电极和发射极电流的大小。基极电流最小，且远小于另外两根引脚的电流，发射极电流最大，集电极电流略小于发射极电流。 上图所示是 NPN 型三极管结构示意图，三极管由 3 块半导体构成，对于 NPN 型三极管而言，由两块 N型和一块 P 型半导体组成，P 型半导体在中间，两块 N 型半导体在两侧，这两块半导体所引出的电极名称如图中所示。在 P 型和 N 型半导体的交界面处形成两个PN 结，这两个 PN 结与前面介绍的二极管 PN结具有相似的特性。 上图所示是PNP 型三极管结构示意图，它与 NPN 型三极管基本相似，只是用了两块 P 型半导体，一块 N型半导体，也是形成两个 PN 结，但极性不同，如图中所示。 三极管共有 3 个电极，各电极的电流分别是：基极电流，用 IB 表示；集电极电流，用 IC表示；发射极电流，用 IE 表示。 各电极电流之间的关系说明见下图。无 论 是 NPN 型 还 是 PNP 型 三 极 管，3 个 电极电流之间关系相同，但是各电极电流方向不同。
2、三极管的命名
我国对二极管和三极管型号命名中，将管子型号分成 5 个部分，国产半导体器件型号命名方法见下表。 实验证明，在金属导体中掺入千分之一的杂质对它的导电性能的影响是微不足道的，但是对于半导体材料则情况完全不同，只要掺入万分之一的杂质它的导电能力就有 10 多倍的增加。掺入杂质的半导体称为本征半导体。 锗和硅是两种常用的半导体材料，现在更多地使用硅半导体材料制成各种半导体器件。对于硅半导体材料而言，它可以掺入两种情况的杂质。 （1）如果是掺入少量 5 价元素，例如磷，这样，磷原子掺入硅晶体的结果是，在常温下就会在硅晶体中增加了自由电子，这种半导体主要靠电子导电，称为 N 型半导体，或称为电子型半导体。 （2）如果是掺入少量 3 价元素，例如硼，这样，硼原子掺入硅晶体的结果是，在常温下就会在硅晶体中增加了空穴，这种半导体主要靠空穴导电，称为 P 型半导体，或称为空穴型半导体。 由此可知，硅材料半导体可以得到 P 型和 N 型两种类型的半导体，即硅材料 P 型和硅材料 N 型。 同理，对于锗材料半导体也可以得到P型和N型两种类型的半导体。这样，一共有4种半导体
3、三极管的分类
三极管是一个“大家族”，“人丁”众多，品种齐全。三极管按极性划分有两种：NPN 型三极管（常用三极管）和 PNP 型三极管。
目前用得最多的是塑料封装三极管，其次为金属封装三极管。关于三极管的外形特征主要说明以下几点。 （1）一般三极管只有 3 根引脚，它们不能相互代替。这 3 根引脚可以按等腰三角形分布，也可以按一字形排列，各引脚的分布规律在不同封装类型的三极管中不同。 （2）三极管的体积有大有小，一般功率放大管的体积较大，且功率越大其体积越大。体积大的三极管约有手指般大小，体积小的三极管只有半个黄豆大小。 （3）一些金属封装的功率三极管只有两根引脚，它的外壳是集电极，即第三根引脚。有的金属封装高频放大管有 4 根引脚，第四根引脚接外壳，这一引脚不参与三极管内部工作，接电路中的地线。如果是对管，即外壳内有两只独立的三极管，则有 6 根引脚。 （4）有些三极管外壳上需要加装散热片，这主要是功率放大管。
4、三极管的工作状态
三极管共有 3 种工作状态：截止状态、放大状态、饱和状态。用于不同目的三极管其工作状态不同。
三极管截止工作状态:用来放大信号的三极管不应工作在截止状态。若输入信号部分地进入了三极管特性的截止区，则输出信号会产生非线性失真。
如果三极管基极上输入信号的负半周进入三极管截止区，将引起削顶失真。注意，在共发射极放大器中，三极管基极上的负半周信号对应于三极管集电极的是正半周信号，所以三极管集电极输出信号的正半周被三极管的截止区去掉，如下图所示。 三极管截止区主要会引起三极管输入信号的负半周削顶失真，可以用下图所示三极管输入范围来说明。从图中可以看出，由于输入信号设置不恰当，其负半周信号的一部分进入三极管的截止区，这样负半周部分信号被削顶，出现非失真问题。
三极管放大工作状态：当三极管用来放大信号时，三极管工作在放大状态，输入三极管的信号进入放大区，如下图所示。这时的三极管是线性的，信号不会出现非线性失真。
在线性状态下，给三极管输入一个正弦信号，三极管输出的也是正弦信号，此时输出信号的幅度比输入信号要大，如下图所示，说明三极管对输入信号已有了放大作用，但是正弦信号的特性未改变，所以没有非线性失真。
输出信号的幅度变大，这也是一种失真，称之为线性失真，在放大器中这种线性失真是需要的，没有这种线性失真放大器就没有放大能力。显然，线性失真和非线性失真不同。
三极管饱和工作状态:三极管在放大工作状态的基础上，如果基极电流进一步增大许多，三极管将进入饱和状态，这时的三极管电流放大倍数 β 要下降许多，饱和得越深其 β 值越小，电流放大倍数 β 一直能到小于 1 的程度，这时三极管没有放大能力。
下图所示是输入信号正半周进入三极管饱和区示意图，通常输入信号的正半周信号或是部分正半周信号进入三极管饱和区。 在三极管处于饱和状态时，输入三极管的信号要进入饱和区，这也是一个非线性区。下图是三极管进入饱和区后造成信号的失真，它与截止区信号失真不同的是，加在三极管基极的信号的正半周进入饱和区，在集电极输出信号中是负半周被削掉，所以放大信号时三极管也不能进入饱和区。
二、三极管主要特性
1、三极管的主要参数
（1）共发射极直流放大倍数。它是指在共发射极电路中，没有交流电流输入时，集电极电流 IC 与基极电流 IB 之比。 （2）集电极 - 基极反向截止电流 ICBO。发射极开路时，集电结上加有规定的反向偏置电压，此时的集电极电流称为集电极 - 基极反向截止电流。 （3）集电极 - 发射极反向截止电流 ICEO。它又称为穿透电流，它是基极开路时，流过集电极与发射极之间的电流。 （4）共发射极电流放大倍数 β。它是指三极管接成共发射极放大器时的交流电流放大倍数。 （5）共 基 极 电 流 放 大 倍 数。 它 是 指 三极管接成共基极放大器时的交流电流放大倍数。 （6）特征频率。三极管工作频率高到一定程度时，电流放大倍数 β 要下降，β 下降到1 时的频率为特征频率。 （7）集电极最大允许电流。集电极电流增大时三极管电流放大倍数 β 下降，当 β 下降到低中频段电流放大倍数的 1/2 或 1/3 时所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流。 （8）集电极 - 发射极击穿电压。它是指三极管基极开路时，加在三极管集电极与发射极之间的允许电压。 （9）集电极最大允许耗散功率。它是指三极管因受热而引起的参数变化不超过规定允许值时，集电极所消耗的最大功率。大功率三极管中设置散热片，这样三极管的功率可以提高许多。
2、三极管放大控制特性
三极管电流放大能力很容易理解和记忆。只要有一个很小的基极电流，三极管就会有一个很大的集电极和发射极电流，这是由三极管特性所决定的，不同的三极管有不同的电流放大倍数，所以不同三极管对基极电流的放大能力是不同的。 基极电流是信号输入电流，集电极电流和发射极电流是信号输出电流，信号输出电流远大于信号输入电流，说明三极管能够对输入电流进行放大。在各种放大器电路中，就是用三极管的这一特性来放大信号的。
管工作在放大状态时，三极管集电极电流和发射极电流由直流电源提供，三极管本身并不能放大电流，只是用基极电流去控制由直流电源为集电极和发射极提供的电流，这样等效理解成三极管放大了基极输入电流。
上图所示电路可以说明三极管基极电流控制集电极电流的过程。电路中的 R2 为三极管 VT1 集电极提供电流通路，流过 VT1 集电极的电流回路是：直流工作电压 +V →集电极电阻 R2 → VT1 集电极→ VT1 发射极→地线，构成回路。 集电极电流由直流工作电压 +V 提供，但是集电极电流的大小受基极电流的控制，基极电流大则集电极电流大，基极电流小则集电极电流小，所以基极电流只是控制了直流电源 +V为 VT1 集电极所提供电流的大小。 三极管放大区基极电流与集电极之间关系的理解可以用这样一个形象的例子来说明。三极管工作在放大区时，集电极电流比基极电流大 β 倍（电流放大倍数，远大于 1），可以用如图 14-40 所示杠杆来说明基极电流与集电极电流之间的关系。
三、三极管偏置电路
三极管偏置电路主要有三大类，每大类中都有多种变化，这些电路的变化是电路分析中的难点和重点。
1、固定偏置电路
固定式偏置电路是三极管偏置电路中最简单的一种电路。固定式偏置电阻的电路特征是：固定式偏置电阻的一根引脚必须与三极管基极直接相连，另一根引脚与正电源端或地线端直接相连。 上图所示是典型固定式偏置电路。电路中的VT1是 NPN 型三极管，采用正极性电源+V供电。无论是采用正极性直流电源还是负极性直流电源，无论是 NPN 型三极管还是 PNP型三极管，三极管固定式偏置电阻只有一个。 上图所示是采用正极性电源供电的PNP 型三极管固定式偏置电路。电路中的 VT1是 PNP 型三极管，+V 是正极性直流电源，R1是基极偏置电阻。R1 构成 VT1 的固定式基极偏置电路，可以为 VT1 提供基极电流。基极电流从正极性电源 +V 端流入发射极，从基极流出再经电阻R1到达地线。
分析固定式偏置电路时，判断三极管基极上的电阻是否是偏置电阻，主要是看这一电阻能否给三极管提供基极电流，这就要特别注意两点。一是固定式偏置电阻应该在基极电流回路中。二是这一回路中要有电源，这一点最容易搞错。
2、分压偏置电路
分压式偏置电路是三极管另一种常见的偏置电路。这种偏置电路的形式固定，所以识别方法相当简单。 上图所示是典型的分压式偏置电路。电路中的VT1是NPN型三极管，采用正极性直流电压+V供电。由于R1和R2这一分压电路为VT1基极提供直流电压，所以将这一电路称为分压式偏置电路。 电阻R1和R2构成直流工作电压+V的分压电路，分压电压加到VT1基极，建立VT1基极直流偏置电压。电路中VT1发射极通过电阻R4接地，基极电压高于地端电压，所以基极电压高于发射极电压，发射结处于正向偏置状态。 流过R1的电流分成两路：一路流入基极作为三极管VT1的基极电流，其基极电流回路是+V→R1→VT1基 极→VT1发射极→R4→地端；另一路通过电阻R2流到地线。 上图所示是采用正极性电源供电的PNP型三极管分压式偏置电路。电路中的 VT1是PNP型三极管，+V 是正极性直流工作电压，R1 和 R2 构成分压式偏置电路，R3 是三极管 VT1的发射极电阻，R4是三极管VT1的集电极负载电阻。在采用正极性电源供电的 PNP 型三极管电路中，往往习惯于将三极管的发射极画在上面。
3、反馈偏置电路
集电极 - 基极负反馈式偏置电路是三极管偏置电路中用得最多的一种偏置电路，它只用一只偏置电阻构成偏置电路。 上图所示是典型的三极管集电极-基极负反馈式偏置电路。电路中的VT1是NPN型三极管，采用正极性直流电源+V供电，R1是集电极-基极负反馈式偏置电阻。 电阻R1接在VT1集电极与基极之间，这是偏置电阻，R1为VT1提供了基极电流回路，其基极电流回路是：直流工作电压+V端→R2→VT1集电极→R1→VT1基极→VT1发射极→地端。这一回路中有电源+V，所以能有基极电流。由于R1接在集电极与基极之间，并且R1具有负反馈的作用，所以该电路称为集电极-基极负反馈式偏置电路。 上图所示是另一种变形的集电极 - 基极负反馈式偏置电路。电路中的 R1 是集电极 - 基极负反馈偏置电阻，它接在三极管 VT1 集电极与基极之间。R2 是 VT1 集电极负载电阻。
参考阅读
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