三極體工作原理及主要參數詳解

三極體（全稱：半導體三極體，也稱雙極型電晶體、晶體三極體），是一種控制電流的半導體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號， 也用作無觸點開關。介紹三極體的工作原理以及主要參數。

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晶體三極體是p型和n型半導體的有機結合，兩個pn結之間的相互影響，使pn結的功能發生了質的飛躍，具有電流放大作用。晶體三極體按結構粗分有npn型和pnp型兩種類型。如圖2-17所示。（用Q、VT、PQ表示）三極體之所以具有電流放大作用，首先，製造工藝上的兩個特點：

（1）基區的寬度做的非常薄;

（2）發射區摻雜濃度高，即發射區與集電區相比具有雜質濃度高出數百倍。

晶體三極體的工作原理

三極體工作必要條件是（a）在B極和E極之間施加正向電壓（此電壓的大小不能超過1V）;（b）在C極和E極之間施加反向電壓（此電壓應比eb間電壓較高）;（c）若要取得輸出必須施加負載。

當三極體滿足必要的工作條件後，其工作原理如下：

（1） 基極有電流流動時。由於B極和E極之間有正向電壓，所以電子從發射極向基極移動，又因為C極和E極間施加了反向電壓，因此，從發射極向基極移動的電子，在高電壓的作用下，通過基極進入集電極。於是，在基極所加的正電壓的作用下，發射極的大量電子被輸送到集電極，產生很大的集電極電流。

（2）基極無電流流動時。在B極和E極之間不能施加電壓的狀態時，由於C極和E極間施加了反向電壓，所以集電極的電子受電源正電壓吸引而在C極和E極之間產生空間電荷區，阻礙了從發射極向集電極的電子流動，因而就沒有集電極電流產生。

綜上所述，在晶體三極體中很小的基極電流可以導致很大的集電極電流，這就是三極體的電流放大作用。此外，三極體還能通過基極電流來控制集電極電流的導通和截止，這就是三極體的開關作用（開關特性）。

晶體三極體共發射極放大原理如下圖所示：

A、vt是一個npn型三極體，起放大作用。

B、ecc 集電極迴路電源（集電結反偏）為輸出信號提供能量。

C、rc 是集電極直流負載電阻，可以把電流的變化量轉化成電壓的變化量反映在輸出端。

D、基極電源ebb和基極電阻rb，一方面為發射結提供正向偏置電壓，同時也決定了基極電流ib.

E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合電容。

F、rl是交流負載等效電阻。

交流通路：ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui負端。

（1）在日常使用中採用兩組電源不便，可用一組供電。

（2）為簡化電路，用「UCC」的端點和「地」表示直流電源。

（3）把輸入信號電壓、輸出信號電壓和直流電源的公共端點稱為「地」並用符號「丄」表示，以地端作零電位參考。

畫外音： 我們可以用水龍頭與閘門放水的關係，來想像或者說是理解三極體的放大原理。其示意圖如下圖 2-20 所示：

圖 2-20 三極體放大原理參考示意圖

① 如圖 2.20 （a）所示：當發射結無電壓或施加電壓在門限電壓以下，相當於閘門關緊時，水未從水龍頭底部通過水嘴流出來。此時， ec 之間電阻值無窮大， ec 之間的電流處於截止狀態，或者說是開關的 OFF 狀態。

圖 2-20 三極體放大原理參考示意圖

② 如圖 2.20 （ b ）所示：當對發射結施加電壓在門限電壓範圍時（以矽管 0.7V 左右為例），相當於閘門鬆動一點點，從水龍頭底部通過水嘴流出的水成滴答狀態。此時， ec 之間的電阻值也下降了一點點。

圖 2-20 三極體放大原理參考示意圖

③ 如圖 2.20 （ c ）所示：當對發射結施加電壓在 0.8V 時，相當於閘門已打開三分之一的狀態時，水龍頭底部已經可以有三分之一的水通過水嘴流出來了，此時， ec 之間的電阻值也下降了三分之一， ec 之間的電流處於調控或者說是放大狀態。

圖 2-20 三極體放大原理參考示意圖

④ 如圖 2.20 （ d ）所示：當對發射結施加電壓在 0.9V 時，相當於閘門已打開三分之二的狀態時，水龍頭底部已經可以有三分之二的水通過水嘴流出來了，此時， ec 之間的電阻值也下降了三分之二， ec 之間的電流處於調控或者說是放大狀態。

圖 2-20三極體放大原理參考示意圖

⑤ 如圖 2.20 （ e ）所示：當對發射結施加電壓在 1V 或者 1V 以上時，相當於閘門已完全打開的狀態時，水龍頭底部所有的水已經可以通過水嘴流出來了，此時， ec 之間的電阻值也下降為「 0 」，或者說很小，可以或略不計， ec 之間的電流處於飽和狀態，或者說是開關的 ON 狀態。

三極體主要參數

三極體的主要參數分為三種，即直流參數、交流參數和極限參數，下面分別介紹：

直流參數

•共發射極直流放大倍數β=Ic/Ib

•集電極—基極反向截止電流Icbo，Ic=0時，基極和集電極間加規定反向電壓時的集電極電流。Icb越小，說明三極體的集電結質量越好。

•集電極—發射極反向截止電流Iceo（穿透電流），Ib=0時，集電極—發射極之間在規定反向電壓時的集電極電流。要求Iceo越小越好。

交流參數

•共發射極交流放大倍數β=△Ic/△Ib，其中△Ib是Ib的變化量，△Ic時Ic對應的變化量，三極體β值一般以20～100之間為好。

•共基極交流放大倍數α=△Ic/△Ie約等於≈1。

極限參數

•集電極最大允許電流Icm，集電極Ic值超過一定限額β值會下降，當β下降到額定值的1/2～2/3時的Ic值稱Icm，正常工作時不允許超過Icm。

•集電極—發射極之間擊穿電壓BUceo：指基極開路時，集電極和發射極之間的擊穿電壓。

•集電極最大允許耗散功率Pcm：由於集電結處於反向連接，所以，電阻很大。當電流流過集電結時，集電結就會產生熱量，為了使集電結的溫度不超過規定值，集電極耗散功率將受到限制，一般應使Pcm≤IcUce。