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这是我模电生涯中，学三极管最爽的一次

硬件笔记本 2024-08-16 07:42
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目录：
1.三极管是什么？
2.三极管工作原理
3.三种状态
4.输入输出特性曲线
5.三极管的主要参数（选型指导）
6.应用

1.三极管是什么？
三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。


三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

2.三极管工作原理
晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N是负极的意思（代表英文中Negative），N型半导体在高纯度硅中加入磷取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而P是正极的意思（Positive）是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。


具体电子是如何运动的，忽略。在运用时，只需要把三极管的电流放大作用类比成一个阀门即可。


3.三种状态

（1）截止状态

当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。


（2）放大状态

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。


（3）饱和状态

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。


4.输入输出特性曲线
三极管特性曲线是反映三极管各电极电压和电流之间相互关系的曲线，是用来描述晶体三极管工作特性曲线，常用的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线。这里以下图所示的共发射极电路来分析三极管的特性曲线。


（1）输入特性曲线
该曲线表示当e极与c极之间的电压Uec保持不变时，输入电流（即基极电流Ib）和输入电压（即基极与发射极间电压Ube）之间的关系曲线，如下图所示：

一般状况下，当UCE≥1V时，集电结就处于反向偏置，此刻再增大UCE对iB的影响很小，也即UCE＞1V往后的输入特性与UCE＝1V的一条特性曲线重合，所以，半导体器材手册中一般只给出一条UCE≥1V时的输入特性曲线，如图所示。输入特性曲线的数学表达式为：iB＝f（uBE）| UCE = 常数

（2）输出特性曲线
输出特性是指以基极电流IB为常数，输出电压uCE和输出电流iC之间的曲线，即：iC＝f（uCE）|IB =常数。

1、在放大区，集电极电流ic恒等于基极电流ib的倍，与电压uce无关。
2、在饱和区，集电极电流ic会跟随着uce电压的增大而增大，近似为线性；放大区和饱和区的界限是三极管的饱和电压uces，当uce>uces时候便是放大区，该饱和电压还与基极电流ib成正比。

3、截止区，当ib=0的时候，三极管关断，几乎无电流的流进与流出，常常使用时该状态做电子开关使用。

如何快速区分放大区和饱和区？（这个我常常记不住）
——答案就是，在放大区，集电极电流ic恒等于基极电流ib的倍数，与电压uce无关，即此时Ic是一条横线。

5.三极管的主要参数（选型指导）
1、电流放大系数（也叫电流放大倍数）
分直流和交流放大系数
直流也叫做静态电流放大系数，是在静态无变化信号输入时，晶体管集电极电流IC与基极电流IB的比值，一般用HFE或β表示。
交流也叫动态电流放大系数，指在交流状态下的HFE或β；

2、耗散功率
也叫集电极最大允许耗散功率PCM，是晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。它与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系，晶体管使用时，其实际耗散功率不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。
PCM小于1W的叫小功率晶体管，1W

3、频率特性
晶体管的放大系数和工作频率有关，如果超过了工作频率，则会出现放大能力减弱甚至失去放大作用。晶体管的频率特性主要包括特征频率FT和最高振荡频率FM等。
特征频率：当f= fT时,三极管完全失去电流放大功能.如果工作频率大于fT,电路将不正常工作。
fT称作增益带宽积，即fT=βfo。若已知当前三极管的工作频率fo以及高频电流放大倍数，便可得出特征频率fT。随着工作频率的升高，放大倍数会下降．fT也可以定义为β=1时的频率。
小于或者等于3MHZ是低频管，大于或等于30MHZ是高频管，大于3MHZ小于30MHZ是中频管。
最高振荡频率FM，只晶体管的功率增益降为1时所对应的频率，通常高频晶体管的最高振荡频率低于共基极截止频率Fa，而特征频率FT则高于共基极截止频率Fa，低于共集电极截止频率Fβ。

4、集电极最大电流Icm
是晶体管集电极所允许通过的最大电流，当晶体管的集电极电流IC超过ICM时，晶体管的β值等参数将发生明显变化，影响其正常工作，甚至损坏。

5、最大反向电压
指晶体管在工作时允许施加的最高工作电压，它包括集电极-发射极反向击穿电压、集电极-基极反向击穿电压和发射极-基极反向击穿电压。
集电极-发射极反向击穿电压指晶体管基极开路时，集电极与发射极之间的最大允许反向电压，是集电极与发射极反向击穿电压，表示临界饱和时的饱和电压，用VCEO或者BVCEO表示。
集电极-基极反向击穿电压，是发射极开路时，集电极与基极之间的最大允许反向电压，用VCBO或BVCBO表示。
发射极-基极反向击穿电压，指晶体管的集电极开路时，发射极与基极之间的最大允许反向电压，用VEBO或BVEBO表示。

6、反向电流
包括集电极-基极之间的反向电流ICBO和集电极-发射极之间的反向击穿电流ICEO。
ICBO也叫集电结反向漏电流，是当晶体管的发射极开路时，集电极与基极之间的反向电流，ICBO对温度较敏感，该值越小，说明晶体管的温度特性越好。
ICEO是当晶体管的基极开路时，其集电极与发射极之间的反向漏电电流，也叫穿透电流。此值越小，说明晶体管的性能越好。

7、其他参数
Ibs:基极饱和导通电流；放大态，IB一定要小于使三极管饱和的电流。

6.应用
三极管最常见的应用就是开关电路了：
（下图中的Rb1是下拉电阻，Rb1 在实际应用中非常重要，因为当三极管基极没有电压输入时，Rb1的存在可以确保基极是接地的，因此，这样做可以防止噪声误导通NPN晶体管。）

上面这个电路一定要注意下，Rb和Rc阻值的选择，因为如果选择不对，有可能会导致三极管处于放大，而不是饱和（开关）的状态的。
具体如何算，参照下面这个表还有三极管规格书即可。
参考文献：
https://blog.csdn.net/Naiva/article/details/90045788
https://zhuanlan.zhihu.com/p/519072786
https://tech.oneyac.com/article/detail/40000.html
https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%89%E6%9E%81%E7%AE%A1/148491
https://m.elecfans.com/article/1302464.html
https://m.elecfans.com/article/1825277.html

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硬件笔记本 一点一滴，厚积薄发。
评论 （1）
matrix禁食2024-09-30 07:14
你这漏斗图还自以为聪明， 斗口 c 无论怎么倒不都等于 b + e 吗，你这不明摆着糊弄别人吗。一看你这图，深深的记住错误。
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