半导体三极管

六、半导体三极管

图1－35（a）　两种型号的三极管的图形符号

半导体三极管也称为晶体三极管，是电子电路中最重要的器件。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母B表示）。其他的两个电极称为集电极（用字母C表示）和发射极（用字母E表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，如图1－35（a）左图所示，另一种是PNP型的三极管，如图1－35（a）右图所示。有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。但实际上箭头所指的方向是电流的方向。在电路中，半导体三极管用文字符号VT来表示，部分常见三极管外观图如图1－35（b）所示。

图1－35（b）　部分常见三极管外观图

（一）三极管的结构

如图1－36画出了NPN和PNP型两类三极管的结构示意图。它有两个PN结（分别称为发射结和集电结）、三个区（分别称为发射区、基极区和集电区）、从三个区域引出三个电极（分别称为发射极E、基极B和集电极C）。发射区和基区之间的PN结称为发射结；集电区和基区之间的PN结称为集电结。箭头方向代表电流的实际流向。

图1－36　两类三极管的结构示意图

制造三极管的过程中，其内部区域都是有一定的工艺要求，必须保证它们有如下特点：

①发射区的掺杂浓度最高，以利于发射区向基区有效地发射载流子。

②基极区掺杂浓度最小，且最薄（几微米至几十微米），以保证载流子容易通过。

③集电区面积最大，且掺杂浓度小，以便有效地收集载流子。

注：由上述特点可知，三极管不是两个PN结简单的组合，它不能用两个二极管代替或组合而成，也不可以将发射极和集电极颠倒使用。

（二）三极管的三种工作状态

NPN三极管的输出特性曲线见图1－37所示，输出特性曲线可以划分为三个区：截止区、放大区和饱和区。

1.截止区

一般将I_B≤0的区域称为截止区，此时I_c近似为零。由于管子的各极电流都基本上等于零，因此认为三极管处于截止状态。实际上当I_B＝0时，集电极电流i_c并不等于零，而是有一个比较小的穿透电流（一般硅三极管的小于1uA，锗三极管约为几十到几百微安）。可以认为，当发射结反向偏置时，发射区不再向基区注入电子，则三极管真正处于截止状态，没有放大作用（如图1－37输出特性曲线）。

所以，在截止区，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态。对于NPN三极管来说，此时UBE＜0，UBC＜0，如图1－38（b）所示。

2.放大区

如图1－37输出特性曲线可见，在放大区内，各条输出特性曲线近似为水平的直线，表示当I_B一定时，ic的值基本上不随UCE而变化。但是，当基极电流有一个微小的变化量i_B时，相应的集电极电流将产生一个较大的变化量i_C。

在放大区，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。对于NPN三极管来说，UBE＞0，而UBC＜0（如图1－38（a））。

3.饱和区

图1－37中靠近纵坐标的附近，各条输出特性曲线的上升部分属于三极管的饱和区。在这个区域，不同I_B值的各条特性曲线几乎重叠在一起，十分密集。也就是说，此时三极管的集电极电流I_C基本上不随基极电流I_B而变化，这种现象称为饱和。

如图1－37输出特性曲线可见，在饱和区，三极管的管压降U_BE很小，一般认为，当UBE＜UBC时，三极管达到饱和状态。三极管饱和时的管压降用UCES表示，一般小功率硅三极管的UCES＜0.4V。

三极管工作在饱和区时，发射结和集电结都处于正向偏置状态。对于NPN三极管来说，UBE＞0，UBC＞0，如图1－38（c）所示。

图1－37　三极管的输出特性曲线

图1－38　三极管的三种状态

（三）半导体三极管的检测方法

1.用万用表检测判别三极管管脚

（1）判别基极B和三极管的类型

将万用表欧姆挡置于R×100或R×1k挡，先假设三极管的某极为“基极”，并将黑表笔接在假设的基极上，再将红表笔先后接到其余两个电极上。如果测得的电阻值都很大（或都很小），对换表笔后测得两个电阻值都很小（或都很大），则可以确定假设的基极是正确如果两次测得的电阻值是一大一小，则可肯定假设的基极是错误的，这时就必须重新假设另一电极为“基极”，再重复上述的测试。当基极确定以后，将黑表笔接基极，红表笔分别接其他两极。此时，若测得的电阻值都很小，则该三极管为NPN型管，反之，则为PNP型管。

（2）判别集电极C和发射极E

判断出管子的基极和管型后，可进一步判断管子的集电极和发射极。以NPN三极管为例：确定基极和管型后，假设其他两只管脚中一只是集电极，另一只为发射极。用手指将已知的基极和假设的集电极捏在一起（注意两管脚不能短接，通过人体相当于在B、C之间接入偏置电阻），将黑表笔接在假设的集电极上，红表笔接触在假设的发射极，记下万用表指针所指的位置，然后再作相反的假设（即原先假设为C的假设为E，原先假设为E的假设为C），重复上述过程，并记下万用表指针所指的位置C比较两次测试的结果，阻值小的那次假设是正确的，即黑表笔所接的是集电极C，红表笔接的是发射极E。若为PNP型管，测试时，将红表笔接假设的集电极，黑表笔接假设的发射极，其余不变，仍然电阻小的一次假设正确。

（3）判别三极管是硅管还是锗管

用万用表R×1K挡测发射极和集电极的正向电阻：一般硅管在3K～10K，而锗管则在500～1000Ω；两者的反向电阻：硅管一般大于500K，锗管在100K左右。