三极管知识点
三极管是半导体的基本元件之一，具有电流放大的作用，是电子电路的核心元件。三极管是由两个PN结组成的，这两个pn结在半导体衬底上靠得很近。两个PN结把整个半导体分成三部分，中间部分是基区，两边是发射极区和集电极区。排列方式为PNP和NPN。
中文名
三极管
外国名字
双极结晶体管
另一个名字
晶体三极管
发明时间
1947
材料
半导体
快的
航行
发展历史工作原理产品分类产品参数判断类型结构类型产品功能工作状态产品判断放大器电路产品符号产品命名选择替换判断公式
基本解释
三极管【1】(也称晶体管)只是中文意思的三脚放大器件的统称。我们常说的三极管可能是如图所示的几个器件。
可以看出，虽然都叫三极管，但其实英文中的表达方式差别很大。三极管这个词其实是中国人特有的象形词。
“三极管”是英汉词典中“三极管”的唯一英文译名，与电子三极管的首次出现有关，是真正意义上三极管一词所指的原物。其余中文称为三极管的器件，在实际翻译中无法翻译成三极管。
三极管(俗称电子管的一种)
双极晶体管BJT(双极结型晶体管)
j型场效应晶体管结栅场效应晶体管(场效应晶体管)
MOS FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的英文全称。
v型槽场效应晶体管VMOS(垂直金属氧化物半导体)
注:这三个似乎都是场效应晶体管。其实金属氧化物半导体场效应晶体管和V沟道场效应晶体管都是单极结构，对应双极，所以也可以统称为单极结型晶体管。
其中J型FET为非绝缘FET，MOS FET和VMOS均为绝缘FET。
VMOS是在MOS基础上改进的大电流高放大(跨沟道)新型功率晶体管。不同的是采用了V型槽，大大提高了MOS晶体管的放大倍数和工作电流，但同时也大大增加了MOS晶体管的输入电容。它是MOS晶体管的大功率改进产品，但其结构已经与传统的MOS晶体管有了很大的不同。VMOS只是增强，没有MOS特有的耗尽型MOS管。
发展历史
1947 12.23，美国新泽西州默里山贝尔实验室，三位科学家——巴丁博士、布莱顿博士和肖克利博士——正在紧张而有条不紊地做着实验。他们正在进行实验，用导体电路中的半导体晶体放大声音信号。三位科学家惊讶地发现，通过他们发明的装置的微小电流的一部分，实际上可以控制通过另一部分的大得多的电流，从而产生放大效应。这个器件是科技史上划时代的成就——晶体管。因为它发明于圣诞节前夕，对人们未来的生活影响如此之大，所以被称为“给世界的圣诞礼物”。这三位科学家获得了1956诺贝尔物理学奖。
[2]新的研究发现，在晶体管的电子流出端衬底外沉积一层相应的材料可以形成半导体制冷P-N结构，因为N材料的电子能级低，P材料的电子能级高，电子流动时需要从衬底吸收热量，这为晶体管核散热提供了很好的途径。因为带走的热量会和电流成正比，所以业内也称这种为“电子血”散热技术。根据加入新材料的极性位置，新型制冷三极管分别称为N-PNP或NPN-P。
晶体管推动并带来了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子产业。作为主要组成部分，它首先被及时而普遍地应用于通讯工具中，并产生了巨大的经济效益。因为晶体管彻底改变了电子电路的结构，出现了集成电路和大规模集成电路，使得高速电子计算机这样的高精度器件成为现实。
操作原理
理论基础
晶体管(以下简称三极管)按材料分锗管和硅管两种。它们各有NPN和PNP两种结构形式，但最常用的是硅NPN和锗PNP三极管(其中N在英文中代表负，N型半导体在高纯硅中加入磷取代部分硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，P代表正，即加入硼取代硅，产生大量空穴导电)。除了电源极性不同，它们的工作原理是一样的。下面只介绍NPN硅管的电流放大原理。
对于NPN管，它由两个N型半导体组成，中间夹着一个P型半导体。发射极和基极之间形成的PN结称为发射极结，集电极和基极之间形成的PN结称为集电极结。这三条引线分别称为发射极e(发射极)、基极b(基极)和集电极c(集电极)。如右图所示
当B点的电位比E点的电位高几伏时，发射极结处于正向偏置状态，而当C点的电位比B点的电位高几伏时，集电极电源Ec高于基极电源Eb。
在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的浓度，同时把基区做得很薄，严格控制杂质含量，这样一旦接通电源，发射区的多数载流子(电子)和基区的多数载流子(空穴)很容易越过发射极结相互扩散， 但由于前者的浓度基数大于后者，所以通过发射极结的电流基本上是电子流。
由于基区薄和集电极结反向偏置，注入基区的电子大部分穿过集电极结进入集电极区形成集电极电流Ic，只有少数电子(1-10%)在基区空穴中复合，基区复合的空穴由基区电源Eb补充，形成基区电流Ibo。根据电流连续性原理:
Ie=Ib+Ic
也就是说，如果在基极上加一个小的Ib，就可以在集电极上得到一个大的Ic，称为电流放大，Ic和Ib保持一定的比例关系，即:
β1=Ic/Ib
其中:β1-称为DC放大倍数
集电极电流变化△Ic与基极电流变化△Ib的比值为:
β= △Ic/△Ib
公式中，β-称为交流电流放大系数。因为β1和β在低频时差别不大，有时候为了方便，两者并没有严格区分，β值大概在几十到一百以上。
α1=Ic/Ie(Ic和Ie是DC路径中的电流)。
其中:α1又称DC放大系数，一般用于* * *基极配置放大电路，描述发射极电流与集电极电流的关系。
α =△Ic/△Ie
表达式中的α为AC * * * *的基极电流放大倍数。同样，小信号输入时，α和α1差别不大。
对于描述当前关系的两个放大率，存在以下关系。
三极管的电流放大作用，其实就是利用基极电流的微小变化来控制集电极电流的巨大变化。[3]
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中，三极管的电流放大往往通过电阻转化为电压放大。
放大原理
1.发射极向基极区发射电子。
电源Ub通过电阻Rb施加在发射极结上，发射极结正偏置，发射极区的多数载流子(自由电子)不断穿过发射极结进入基极区，形成发射极电流Ie。同时，基区的多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子的浓度比发射区低得多，这种电流可以忽略，所以可以认为发射结主要是电子流。
2.基区中电子的扩散和复合
电子进入基区后，首先集中在发射极结附近，逐渐形成电子浓度差。在浓度差的作用下，电子流扩散到基区的集电极结，被集电极结的电场拉入集电极区，形成集电极电流ic。还有少量电子(因为基区很薄)与基区空穴复合，扩散电子流与复合电子流的比值决定了晶体管的放大能力。
3.集电极区域收集电子。
因为施加在集电极结上的反向电压很大，这个反向电压产生的电场力会阻止集电极区的电子扩散到基极区，同时将集电极结附近扩散的电子拉入集电极区，形成集电极主电流Icn。另外，集电区的少数载流子(空穴)也会漂移，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo表示，其值很小，但对温度极其敏感。
产品分类
A.按材质分:硅管和锗管。
B.按结构分:NPN，PNP。如图所示:
C.按功能分:开关管、功率管、达林顿管、光敏管等。
D.按功率分:低功率管，中功率管，高功率管。
E.按工作频率:低频管、高频管、超频管。
F.按结构技术分为合金管和平面管。
G.按安装方式:插入式三极管和贴片三极管。
产品参数
特征频率
当f= fT时，晶体管完全失去电流放大功能。如果工作频率大于fT，电路将不能正常工作。
FT称为增益带宽积，即fT=βfo。如果已知电流三极管的工作频率fo和高频电流放大倍数，就可以求出特征频率fT。随着工作频率的增加，放大倍数会降低。FT也可以定义为β=1时的频率。
电压/电流
该参数可用于指定电子管的电压和电流范围。
hFE
当前放大倍数。
VCEO
集电极和发射极的反向击穿电压表示临界饱和时的饱和电压。
脉冲编码调制
最大允许耗散功率。
包裹
指定管的外部形状。如果所有其他参数都正确，不同的封装将导致无法实现在电路板上的组装。
判断类型
判断三极管的引脚位置，三极管的引脚位置有两种封装布置，如右图:三极管是结电阻器件，其三个引脚有明显的电阻数据。测试时(以数字万用表为例，红笔+，黑笔-)，我们将测试档位切换到二极管档位(蜂鸣器档位)符号如右图:正常NPN结构三极管的基极(b)与集电极(b)相对。正常PNP结构的基极(b)对集电极(c)和发射极(e)的反向电阻为430ω-680ω，正向电阻无穷大。没有偏置电流时，集电极C到发射极E的电阻是无穷大。基极到集电极的测试电阻大约等于基极到发射极的电阻。通常基极对集电极的测试电阻比基极对发射极的测试电阻小5-100ω左右(大功率晶体管明显)。如果超过该值，则该部件的性能已经恶化。请不要再用它了。如果在电路中误用，电路整体或部分的工作点可能会恶化，这个元件可能很快就损坏。大功率电路和高频电路对这种劣质元件有明显的反应。
虽然封装结构不同，但与其他类型的同参数灯管具有相同的功能和性能，在电路设计中只针对特定的使用场合需要不同的封装结构。
需要注意的是，有些厂家生产一些非标准的元器件，比如C945正常的引脚位置是BCE，但是有些厂家生产的这种元器件的引脚位置排列是EBC，会导致那些粗心的工人在没有检测的情况下将新的元器件放入电路，导致电路无法工作，甚至会烧坏相关的元器件，比如电视机使用的开关电源。
在我们常用的万用表中，测试三极管的引脚排列图:
假设三极管的某一电极为“基极”，将黑色的唱针接在假设的基极上，然后将红色的唱针依次接在另外两个电极上。如果两次测量的电阻都很大(大约几k到几十k)，或者都很小(几百k到几k)，对触针重复上述测量。如果测得的两个电阻相反(都很小或很大)，就可以确定假设的基数是正确的。否则，假设另一个极点为“基底”，重复上述测试以确定基底。
底座确定后，将黑色唱针连接到底座，红色唱针连接到另外两个电极。如果测得的电阻很小，说明晶体管是NPN，否则就是PNP。
判断集电极c和发射极e，以NPN为例:
将黑色触针接到假设的集电极C上，红色触针接到假设的发射极E上，用手握住B、C极，读出表中显示的C、E的电阻值，然后将红、黑触针接反，重新测试。如果第一次的阻力小于第二次的阻力，则原假设成立。
结构类型
晶体管是由半导体衬底上两个非常靠近的PN结组成的。两个PN结把整个半导体分成三部分，中间部分是基区，两边是发射极区和集电极区。排列方式为PNP和NPN。
相应的电极从三个区域引出，即基极B、发射极E和集电极c
发射极和基极之间的PN结称为发射极结，集电极和基极之间的PN结称为集电极结。基极区薄，而发射极区厚，杂质浓度高。PNP三极管的发射极区“发射”空穴，其移动方向与电流方向一致，因此发射极箭头向内；NPN三极管的发射极“发射”自由电子，自由电子的运动方向与电流方向相反，所以发射极箭头是向外的。发射极箭头指向直流电压下PN结导电方向。硅晶体管和锗晶体管有两种:PNP型和NPN型。
三极管的封装形式和引脚识别