7.1　三极管

7.1.1　外形与符号

三极管又称晶体三极管，是一种具有放大功能的半导体器件。图7-1（a）是一些常见的三极管实物外形，三极管的电路图形符号如图7-1（b）所示。

7.1.2　结构

三极管有PNP型和NPN型两种。PNP型三极管的构成如图7-2所示。

将两个P型半导体和一个N型半导体按图7-2（a）所示的方式结合在一起，两个P型半导体中的正电荷会向中间的N型半导体中移动，N型半导体中的负电荷会向两个P型半导体移动，结果在P、N型半导体的交界处形成PN结，如图7-2（b）所示。

在两个P型半导体和一个N型半导体上通过连接导体各引出一个电极，然后封装起来就构成了三极管。三极管三个电极分别称为集电极（用c或C表示）、基极（用b或B表示）和发射极（用e或E表示）。PNP型三极管的电路图形符号如图7-2（c）所示。

三极管内部有两个PN结，其中基极和发射极之间的PN结称为发射结，基极与集电极之间的PN结称为集电结。两个PN结将三极管内部分作三个区，与发射极相连的区称为发射区，与基极相连的区称为基区，与集电极相连的区称为集电区。发射区的半导体掺入杂质多，故有大量的电荷，便于发射电荷；集电区掺入的杂质少且面积大，便于收集发射区送来的电荷；基区处于两者之间，发射区流向集电区的电荷要经过基区，故基区可控制发射区流向集电区电荷的数量，基区就像设在发射区与集电区之间的关卡。

NPN型三极管的构成与PNP型三极管类似，它是由两个N型半导体和一个P型半导体构成的，具体如图7-3所示。

7.1.3　电流、电压规律

单独三极管是无法正常工作的，在电路中需要为三极管各极提供电压，让它内部有电流流过，这样的三极管才具有放大能力。为三极管各极提供电压的电路称为偏置电路。

1.PNP型三极管的电流、电压规律

图7-4（a）为PNP型三极管的偏置电路，从图7-4（b）可以清楚看出三极管内部电流情况。

（1）电流关系

在图7-4电路中，当闭合电源开关S后，电源输出的电流马上流过三极管，三极管导通。流经发射极的电流称为Ie电流，流经基极的电流称Ib电流，流经集电极的电流称为Ic电流。

Ie、Ib、Ic电流流经途径分别是：

① Ie电流流经途径：从电源的正极输出电流→电流流入三极管VT的发射极→电流在三极管内部分为两路：一路从VT的基极流出，此为Ib电流；另一路从VT的集电极流出，此为Ic电流。

② Ib电流流经途径：VT基极流出电流→电流流经电阻R→开关S→流到电源的负极。

③ Ic电流流经途径：VT集电极流出的电流→经开关S→流到电源的负极。

从图7-4（b）可以看出，流入三极管的Ie电流在内部分成Ib和Ic电流，即发射极流入的Ie电流在内部分成Ib和Ic电流分别从基极和发射极流出。

不难看出，PNP型三极管的Ie、Ib、Ic电流的关系是：Ib+Ic=Ie，并且Ic电流要远大于Ib电流。

（2）电压关系

在图7-4电路中，PNP型三极管VT的发射极直接接电源正极，集电极直接接电源的负极，基极通过电阻R接电源的负极。根据电路中电源正极电压最高、负极电压最低可判断出，三极管发射极电压Ue最高，集电极电压Uc最低，基极电压Ub处于两者之间。

PNP型三极管Ue、Ub、Uc电压之间的关系是Ue＞Ub使发射区的电压较基区的电压高，两区之间的发射结（PN结）导通，这样发射区大量的电荷才能穿过发射结到达基区。三极管发射极与基极之间的电压（电位差）Ueb（Ueb=Ue−Ub）称为发射结正向电压。

Ub＞Uc可以使集电区电压较基区电压低，这样才能使集电区有足够的吸引力（电压越低，对正电荷吸引力越大），将基区内大量电荷吸引穿过集电结而到达集电区。

2.NPN型三极管的电流、电压规律

图7-5为NPN型三极管的偏置电路。从图中可以看出，NPN型三极管的集电极接电源的正极，发射极接电源的负极，基极通过电阻接电源的正极，这与PNP型三极管连接正好相反。

（1）电流关系

在图7-5电路中，当开关S闭合后，电源输出的电流马上流过三极管，三极管导通。流经发射极的电流称为Ie电流，流经基极的电流称Ib电流，流经集电极的电流称为Ic电流。

Ib、Ic、Ie电流流经途径分别是：

① Ib电流流经途径：从电源的正极输出电流→开关S→电阻R→电流流入三极管VT的基极→基区。

② Ic电流流经途径：从电源的正极输出电流→电流流入三极管VT的集电极→集电区→基区。

③ Ie电流流经途径：三极管集电极和基极流入的Ib、Ic在基区汇合→发射区→电流从发射极输出→电源的负极。

不难看出，NPN型三极管Ie、Ib、Ic电流的关系是：Ib+Ic=Ie，并且Ic电流要远大于Ib电流。

（2）电压关系

在图7-5电路中，NPN型三极管的集电极接电源的正极，发射极接电源的负极，基极通过电阻接电源的正极。故NPN型三极管Ue、Ub、Uc电压之间的关系是：

Uc＞Ub可以使基区电压较集电区电压低，这样基区才能将集电区的电荷吸引穿过集电结而到达基区。

Ub＞Ue可以使发射区的电压较基极的电压低，两区之间的发射结（PN结）导通，基区的电荷才能穿过发射结到达发射区。

NPN型三极管基极与发射极之间的电压Ube（Ube=Ub−Ue）称为发射结正向电压。

7.1.4　放大原理

三极管在电路中主要起放大作用，下面以图7-6所示的电路来说明三极管的放大原理。

1.放大原理

给三极管的三个极接上三个毫安表mA1、mA2和mA3，分别用来测量Ie、Ib、Ic电流的大小。电位器RP用来调节Ib的大小，如电位器RP滑动端下移时阻值变小，电位器RP对三极管基极流出的Ib电流阻碍减小，Ib增大。当调节RP改变Ib大小时，Ic、Ie也会变化。表7-1列出了调节电位器RP时毫安表测得的三组数据。

从表7-1可以看出：

① 不论哪组测量数据都遵循Ib+Ic=Ie。

② 当Ib电流变化时，Ic电流也会变化，并且Ib有微小的变化，Ic会有很大的变化。如Ib电流由0.01mA增大到0.018mA，变化量为0.008mA（0.018mA−0.01mA），Ic电流则由0.49mA变化到0.982mA，变化量为0.492mA（0.982mA−0.49mA），Ic电流变化量是Ib电流变化量的62倍（0.492/0.008≈62）。也就是说，当三极管的基极电流Ib有微小的变化时，集电极电流Ic会有很大的变化，Ic电流的变化量是Ib电流变化量的很多倍，这就是三极管的放大原理。

2.放大倍数

不同的三极管，其放大能力是不同的。为了衡量三极管放大能力的大小，需要用到三极管一个重要参数——放大倍数。三极管的放大倍数可分为直流放大倍数和交流放大倍数。

三极管集电极电流Ic与基极电流Ib的比值称为三极管的直流放大倍数（用或hFE表示），即

例如，在表7-1中，当Ib=0.018mA时，Ic=0.982mA，三极管直流放大倍数为

万用表可测量三极管的放大倍数，它测得放大倍数hFE值实际上就是三极管直流放大倍数。

三极管集电极电流变化量ΔIc与基极电流变化量ΔIb的比值称为交流放大倍数（用β或hfe表示），即

以表7-1的第一、二组数据为例。即

测量三极管交流放大倍数至少需要知道两组数据，这样比较麻烦，而测量直流放大倍数比较简单（只要测一组数据即可）。又因为直流放大倍数与交流放大倍数相近，所以通常只用万用表测量直流放大倍数来判断三极管放大能力的大小。

7.1.5　放大、截止和饱和状态说明

三极管的状态有三种：截止、放大和饱和。下面通过图7-7所示的电路来说明三极管的三种状态。

1.三种状态下的电流特点

当开关S处于断开状态时，三极管VT的基极供电切断，无Ib电流流入，三极管内部无法导通，Ic电流无法流入三极管，三极管发射极也就没有Ie电流流出。

三极管无Ib、Ic、Ie电流流过的状态（即Ib、Ic、Ie都为0）称为截止状态。

当开关S闭合后，三极管VT的基极有Ib电流流入，三极管内部导通，Ic电流从集电极流入三极管，在内部Ib、Ic电流汇合后形成Ie电流从发射极流出。此时调节电位器RP，Ib电流变化，Ic电流也会随之变化。例如，当电位器RP滑动端下移时，其阻值减小，Ib电流增大，Ic也增大，两者满足Ic=βIb的关系。

三极管有Ib、Ic、Ie电流流过且满足Ic=βIb的状态称为放大状态。

在开关S 处于闭合状态时，如果将电位器RP的阻值不断调小，三极管VT的基极电流Ib就会不断增大，Ic电流也会随之不断增大。当Ib、Ic电流增大到一定程度时，Ib再增大，Ic不会随之再增大，而是保持不变，此时Ic＜βIb。

三极管有很大的Ib、Ic、Ie电流流过且满足Ic＜βIb的状态称为饱和状态。

综上所述，当三极管处于截止状态时，无Ib、Ic、Ie电流通过；当三极管处于放大状态时，有Ib、Ic、Ie电流通过，并且Ib变化时Ic也会变化（即Ib电流可以控制Ic电流），三极管具有放大功能；当三极管处于饱和状态时，有很大的Ib、Ic、Ie电流通过，Ib变化时Ic不会变化（即Ib电流无法控制Ic电流）。

2.三种状态下PN结的特点和各极电压关系

三极管内部有集电结和发射结，在不同状态下这两个PN结的特点是不同的。由于PN结的结构与二极管相同，在分析时为了方便，可将三极管的两个PN结画成二极管的符号。图7-8为三极管的PN结示意图。

当三极管处于不同状态时，集电结和发射结也有相对应的特点。不论NPN型或PNP型三极管，在三种状态下的发射结和集电结特点都有：

① 处于放大状态时，发射结正偏导通，集电结反偏。

② 处于饱和状态时，发射结正偏导通，集电结也正偏。

③ 处于截止状态时，发射结反偏或正偏但不导通，集电结反偏。

正偏是指PN结的P端电压高于N端电压，正偏导通除了要满足PN结的P端电压大于N端电压外，还要求电压要大于门电压（0.2～0.3V或0.5～0.7V），这样才能让PN结导通。反偏是指PN结的N端电压高于P端电压。

不管哪种类型的三极管，只要记住三极管某种状态下两个PN结的特点，就可以很容易推断出三极管在该状态下的电压关系；反之，也可以根据三极管各极电压关系，推断出该三极管处于什么状态。

例如，在图7-9（a）电路中，NPN型三极管VT的Uc=4V、Ub=2.5V、Ue=1.8V，其中Ub−Ue=0.7V使发射结正偏导通，Uc＞Ub使集电结反偏，该三极管处于放大状态。

在图7-9（b）电路中，NPN型三极管VT的Uc=4.7V、Ub=5V、Ue=4.3V，Ub−Ue=0.7V使发射结正偏导通，Ub＞Uc使集电结正偏，三极管处于饱和状态。

在图7-9（c）电路中，PNP型三极管VT的Ue=6V、Ub=6V、Uc=0V，Ue−Ub=0V使发射结零偏不导通，Ub＞Uc集电结反偏，三极管处于截止状态。从该电路的电流情况也可以判断出三极管是截止的。假设VT可以导通，从电源正极输出的Ie电流经Re从发射极流入，在内部分成Ib、Ic电流，Ib电流从基极流出后就无法继续流动（不能通过电位器RP返回到电源的正极，因为电流只能从高电位往低电位流动），所以VT的Ib电流实际上是不存在的，无Ib电流，也就无Ic电流，故VT处于截止状态。

三极管三种状态的特点如表7-2所示。

3.三种状态的应用电路

三极管可以工作在三种状态，处于不同状态时可以实现不同的功能。当三极管处于放大状态时，可以对信号进行放大；当三极管处于饱和与截止状态时，可以当成电子开关使用。

（1）放大状态的应用电路

在图7-10（a）电路中，电阻R1的阻值很大，流进三极管基极的电流Ib较小，从集电极流入的Ic电流也不是很大，Ib电流变化时Ic也会随之变化，故三极管处于放大状态。

当闭合开关S后，有Ib电流通过R1流入三极管VT的基极，马上有Ic电流流入VT的集电极，从VT的发射极流出Ie电流，三极管有正常大小的Ib、Ic、Ie流过，处于放大状态。这时如果将一个微弱的交流信号经C1送到三极管的基极，三极管就会对它进行放大，然后从集电极输出幅度大的信号，该信号经C2送往后级电路。

要注意的是，当交流信号从基极输入，经三极管放大后从集电极输出时，三极管除了对信号放大外，还会对信号进行倒相再从集电极输出。若交流信号从基极输入、从发射极输出时，则三极管对信号会进行放大但不会倒相，如图7-10（b）所示。

（2）饱和与截止状态的应用电路

三极管饱和与截止状态的应用电路如图7-11所示。

在图7-11（a）中，当闭合开关S1后，有Ib电流经S1、R流入三极管VT的基极，马上有Ic电流流入VT的集电极，然后从发射极输出Ie电流，由于R的阻值很小，故VT基极电压很高，Ib电流很大，Ic电流也很大，并且Ic＜βIb，三极管处于饱和状态。三极管进入饱和状态后，从集电极流入、发射极流出的电流很大，三极管集−射极之间就相当于一个闭合的开关。

在图7-11（b）中，当开关S1断开后，三极管基极无电压，基极无Ib电流流入，集电极无Ic电流流入，发射极也就没有Ie电流流出，三极管处于截止状态。三极管进入截止状态后，集电极电流无法流入、发射极无电流流出，三极管集−射极之间就相当于一个断开的开关。

三极管处于饱和与截止状态时，集−射极之间分别相当于开关闭合与断开，由于三极管具有这种性质，故在电路中可以当作电子开关（依靠电压来控制通、断）。当三极管基极加较高的电压时，集−射极之间导通；当基极不加电压时，集−射极之间断开。

7.1.6　主要参数

（1）电流放大倍数

三极管的电流放大倍数有直流电流放大倍数和交流电流放大倍数。三极管集电极电流Ic与基极电流Ib的比值称为三极管的直流电流放大倍数（用或hFE表示），即

三极管集电极电流变化量ΔIc与基极电流变化量ΔIb的比值称为交流电流放大倍数（用β或hfe表示），即

上面两个电流放大倍数的含义虽然不同，但两者近似相等，故在应用时一般不加区分。三极管的β值过小，电流放大作用小；β值过大，三极管的稳定性会变差。在实际使用时，一般选用β为40～80的管子较为合适。

（2）穿透电流Iceo

穿透电流又称集-射极反向电流，它是指在基极开路时，给集电极与发射极之间加一定的电压，由集电极流往发射极的电流。穿透电流的大小受温度的影响较大，三极管的穿透电流越小，热稳定性越好，通常锗管的穿透电流较硅管的要大些。

（3）集电极最大允许电流Icm

当三极管的集电极电流Ic在一定的范围内变化时，其β值基本保持不变，但当Ic增大到某一值时，β值会下降。使电流放大倍数β明显减小（约减小到的Ic电流称为集电极最大允许电流。三极管用作放大时，Ic电流不能超过Icm。

（4）击穿电压Ubr(ceo)

击穿电压Ubr(ceo)是指基极开路时，允许加在集-射极之间的最高电压。在使用时，若三极管集-射极之间的电压Uce＞Ubr(ceo)，集电极电流Ic将急剧增大，这种现象称为击穿。击穿的三极管属于永久损坏，故选用三极管时要注意其反向击穿电压不能低于电路的电源电压，一般三极管的反向击穿电压应是电源电压的两倍。

（5）集电极最大允许功耗Pcm

三极管在工作时，集电极电流流过集电结时会产生热量，从而使三极管温度升高。在规定的散热条件下，集电极电流Ic在流过三极管集电极时允许消耗的最大功率称为集电极最大允许功耗Pcm。当三极管的实际功耗超过Pcm时，温度会上升很高而烧坏三极管。三极管散热良好时的Pcm较正常时要大。

集电极最大允许功耗Pcm可用下面式子计算：

三极管的Ic电流过大或UCE电压过高，都会导致功耗过大而超出Pcm。三极管手册上列出的Pcm值是在常温下25℃时测得的。集电结上限温度硅管为150℃左右，锗管为70℃左右，使用时应注意不要超过此值，否则管子将损坏。

（6）特征频率ft

在工作时，三极管的放大倍数β会随着信号频率的升高而减小。使三极管的放大倍数β下降到1的频率称为三极管的特征频率。当信号频率f等于ft时，三极管对该信号将失去电流放大功能；当信号频率大于fT时，三极管将不能正常工作。

7.1.7　用指针万用表检测三极管

三极管的检测包括类型检测、电极检测和好坏检测。

1.类型检测

三极管类型有NPN型和PNP型，三极管的类型可用万用表欧姆挡进行检测。

（1）检测规律

NPN型和PNP型三极管的内部都有两个PN结，故三极管可视为两个二极管的组合，万用表在测量三极管任意两个引脚之间时有6种情况，如图7-12所示。

从图中不难得出这样的规律：当黑表笔接P端、红表笔接N端时，测得是PN结的正向电阻，该阻值小；当黑表笔接N端，红表笔接P端时，测得是PN结的反向电阻，该阻值很大（接近无穷大）；当黑、红表笔接得两极都为P端（或两极都为N端）时，测得阻值大（两个PN结不会导通）。

（2）类型检测

三极管的类型检测如图7-13所示。在检测时，万用表拨至×100Ω或×1kΩ挡，测量三极管任意两引脚之间的电阻，当测量出现一次阻值小时，黑表笔接的为P极，红表笔接的为N极，如图7-13（a）所示；然后黑表笔不动（即让黑表笔仍接P），将红表笔接到另外一个极，有两种可能：若测得阻值很大，红表笔接的极一定是P极，该三极管为PNP型，红表笔先前接的极为基极，如图7-13（b）所示；若测得阻值小，则红表笔接的极为N极，则该三极管为NPN型，黑表笔所接为基极。

2.集电极与发射极的检测

三极管有发射极、基极和集电极三个电极，在使用时不能混用。由于在检测类型时已经找出基极，下面介绍如何用万用表欧姆挡检测出集电极和发射极。

（1）NPN型三极管集电极和发射极的判别

NPN型三极管集电极和发射极的判别如图7-14所示。在判别时，将万用表置于×1kΩ或×100Ω挡，黑表笔接基极以外任意一个极，再用手接触该极与基极（手相当于一个电阻，即在该极与基极之间接一个电阻），红表笔接另外一个极，测量并记下阻值的大小，该过程如图7-14（a）所示；然后红、黑表笔互换，手再捏住基极与对换后黑表笔所接的极，测量并记下阻值大小，该过程如图7-14（b）所示。两次测量会出现阻值一大一小，以阻值小的那次为准，如图7-14（a）所示，黑表笔接的为集电极，红表笔接的为发射极。

注意：如果两次测量出来的阻值大小区别不明显，可先将手沾点水，让手的电阻减小，再用手接触两个电极进行测量。

（2）PNP型三极管集电极和发射极的判别

PNP型三极管集电极和发射极的判别如图7-15所示。在判别时，将万用表置于×1kΩ或×100Ω挡，红表笔接基极以外任意一个极，再用手捏住该极与基极，黑表笔接余下的一个极，测量并记下阻值的大小，该过程如图7-15（a）所示；然后红、黑表笔互换，用手再捏住基极与对换后红表笔所接的极，测量并记下阻值大小，该过程如图7-15（b）所示。两次测量会出现阻值一大一小，以阻值小的那次为准，如图7-15（a）所示，红表笔接的为集电极，黑表笔接的为发射极。

（3）利用hFE挡来判别发射极和集电极

如果万用表有hFE挡（三极管放大倍数测量挡），可利用该挡判别三极管的电极，使用这种方法应在已检测出三极管的类型和基极时使用。

利用万用表的三极管放大倍数挡来判别发射极和集电极如图7-16所示。在测量时，将万用表拨至hFE挡（三极管放大倍数测量挡），再根据三极管类型选择相应的插孔，并将基极插入基极插孔中，另外两个未知极分别插入其他两个插孔中，记下此时测得的放大倍数值，如图7-16（a）所示；然后让三极管的基极不动，将另外两个未知极互换插孔，观察这次测得的放大倍数，如图7-16（b）所示。两次测得的放大倍数会出现一大一小，以放大倍数大的那次为准，如图7-16（b）所示，c极插孔对应的电极是集电极，e极插孔对应的电极为发射极。

3.好坏检测

三极管好坏检测具体包括以下内容。

① 测量集电结和发射结的正、反向电阻。三极管内部有两个PN结，任意一个PN结损坏，三极管就不能使用，所以三极管检测先要测量两个PN结是否正常。检测时万用表拨至×100Ω或×1kΩ挡，测量PNP型或NPN型三极管集电极和基极之间的正、反向电阻（即测量集电结的正、反向电阻），然后再测量发射极与基极之间的正、反向电阻（即测量发射结的正、反向电阻）。正常时，集电结和发射结正向电阻都比较小，约几百欧至几千欧；反向电阻都很大，约几百千欧至无穷大。

② 测量集电极与发射极之间的正、反向电阻。对于PNP型三极管，红表笔接集电极，黑表笔接发射极测得为正向电阻，正常约十几千欧至几百千欧（用×1kΩ挡测得），互换表笔测得为反向电阻，与正向电阻阻值相近；对于NPN型三极管，黑表笔接集电极，红表笔接发射极，测得为正向电阻，互换表笔测得为反向电阻，正常时正、反向电阻阻值相近，约几百千欧至无穷大。

如果三极管任意一个PN结的正、反向电阻不正常，或发射极与集电极之间正、反向电阻不正常，说明三极管损坏。如发射结正、反向电阻阻值均为无穷大，说明发射结开路；集−射极之间阻值为0，说明集−射极之间击穿短路。

综上所述，一个三极管的好坏检测需要进行六次测量：其中测发射结正、反向电阻各一次（两次），集电结正、反向电阻各一次（两次）和集−射极之间的正、反向电阻各一次（两次）。只有这六次检测都正常，才能说明三极管是正常的，只要有一次测量发现不正常，该三极管就不能使用。

7.1.8　用数字万用表检测三极管

1.检测三极管的类型并找出基极

用数字万用表检测三极管的类型并找出基极如图7-17所示。测量时，万用表选择二极管测量挡，正、反向测量三极管任意两个引脚，当某次测量显示0.100～0.800范围内的数值时，如图7-17（b）所示，红表笔接的为三极管的P极，黑表笔接的为三极管的N极；然后红表笔不动，黑表笔接另外一个引脚，若测量显示0.100～0.800范围内的数值，如图7-17（c）所示，则黑表笔所接为三极管的N极。该三极管有两个N极和一个P极，类型为NPN型，红表笔接的为P极且为基极。如果测量显示符号“OL”（表示测量时未导通），则黑表笔所接为三极管的P极，该三极管有两个P极和一个N极，类型为PNP型，黑表笔先前接的极为基极。

2.检测PNP型三极管的放大倍数并区分出集电极和发射极

用数字万用表检测PNP型三极管的放大倍数并区分出集电极和发射极如图7-18所示。测量时，万用表选择hFE挡（三极管放大倍数挡），然后将PNP型三极管的基极插入PNP型三极管测量孔的B极插孔，另外两极分别插入E、C插孔。如果测量显示的放大倍数很小，如图7-18（a）所示，可将三极管基极以外的两极互换插孔，正常会显示较大的放大倍数，如图7-18（b）所示。此时，E插孔插入的为三极管的E极（发射极），C插孔插入的为C极（集电极），因为三极管各引脚的极性只有与三极管测量插孔极性完全对应，三极管的放大倍数才最大。

3.检测NPN型三极管的放大倍数并区分出集电极和发射极

用数字万用表检测NPN型三极管的放大倍数并区分出集电极和发射极如图7-19所示。测量时，万用表选择hFE挡（三极管放大倍数挡），然后将NPN型三极管的基极插入NPN型三极管测量孔的B极插孔，另外两极分别插入E、C插孔。如果显示的放大倍数很大，图7-19中显示的放大倍数为220倍，该值是三极管的正常放大倍数，此时E插孔插入的为三极管的E极（发射极），C插孔插入的为C极（集电极）。

7.1.9　三极管的型号命名方法

国产三极管的型号由以下五部分组成。

第一部分：用数字“3”表示主称三极管。

第二部分：用字母表示三极管的材料和极性。

第三部分：用字母表示三极管的类别。

第四部分：用数字表示同一类型产品的序号。

第五部分：用字母表示规格号。

国产三极管的型号命名及含义如表7-3所示。