图文并茂讲解三极管原理

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。关于三极管原理的解读有多种版本，这篇文章将通过图文并茂的方式让你更容易了解三极管。

一、很多初学者都会认为三极管是两个 PN 结的简单凑合（如图1）。这种想法是错误的，两个二极管的组合不能形成一个三极管。我们以 NPN 型三极管为例（见图 2 ），两个 PN 结共用了一个 P 区 —— 基区，基区做得极薄，只有几微米到几十微米，正是靠着它把两个 PN 结有机地结合成一个不可分割的整体，它们之间存在着相互联系和相互影响，使三极管完全不同于两个单独的 PN 结的特性。三极管在外加电压的作用下，形成基极电流、集电极电流和发射极电流，成为电流放大器件。

二、三极管的电流放大作用与其物理结构有关，三极管内部进行的物理过程是十分复杂的，初学者暂时不必去深入探讨。从应用的角度来讲，可以把三极管看作是一个电流分配器。一个三极管制成后，它的三个电流之间的比例关系就大体上确定了（见图 3 ），用式子来表示就是

β 和 α 称为三极管的电流分配系数，其中 β 值大家比较熟悉，都管它叫电流放大系数。三个电流中，有一个电流发生变化，另外两个电流也会随着按比例地变化。例如，基极电流的变化量 ΔI b ＝ 10 μA ， β ＝ 50 ，根据 ΔI c ＝ βΔI b 的关系式，集电极电流的变化量 ΔI c ＝ 50×10 ＝ 500μA ，实现了电流放大。

三、三极管自身并不能把小电流变成大电流，它仅仅起着一种控制作用，控制着电路里的电源，按确定的比例向三极管提供 I b 、 I c 和 I e 这三个电流。为了容易理解，我们还是用水流比喻电流（见图 4 ）。这是粗、细两根水管，粗的管子内装有闸门，这个闸门是由细的管子中的水量控制着它的开启程度。如果细管子中没有水流，粗管子中的闸门就会关闭。注入细管子中的水量越大，闸门就开得越大，相应地流过粗管子的水就越多，这就体现出“以小控制大，以弱控制强”的道理。由图可见，细管子的水与粗管子的水在下端汇合在一根管子中。三极管的基极 b 、集电极 c 和发射极 e 就对应着图 4 中的细管、粗管和粗细交汇的管子。电路见图 5 ，若给三极管外加一定的电压，就会产生电流 I b 、 I c 和 I e 。调节电位器 RP 改变基极电流 I b ， I c 也随之变化。由于 I c ＝ βI b ，所以很小的 I b 控制着比它大 β 倍的 I c 。 I c 不是由三极管产生的，是由电源 V CC 在 I b 的控制下提供的，所以说三极管起着能量转换作用。

四、如图5，假设三极管的β=100，RP=200K，此时的Ib=6v/（200k+100k）=0.02mA，Ic=βI b=2mA

当RP=0时，Ib=6v/100k=0.06mA，Ic=βI b=2mA。以上两种状态都符合Ic=βI b，我们说，三极管处于“放大区”。假设RP=0，Rb=1k，此时，Ib=6v/1k=6mA按Ic=βI b计算，Ic应等于600mA，而实际上，由于图中300欧姆限流电阻（Rc）的存在，实际上Ic=（6v/300）≈20mA，此时，Ic≠βI b，而且，Ic不再受Ib控制，即处于“饱和区”，当RP和Rb大到一定程度，使Ube《死区电压（硅管约0.5V，锗管约0.3）此时be结处于不导通状态，Ib=0，则Ic=0，处于“截止区”。

五、单纯从“放大”的角度来看，我们希望 β 值越大越好。可是，三极管接成共发射极放大电路（图 6 ）时，从管子的集电极 c 到发射极 e 总会产生一有害的漏电流，称为穿透电流 I ceo ，它的大小与 β 值近似成正比， β 值越大， I ceo 就越大。 I ceo 这种寄生电流不受 I b 控制，却成为集电极电流 I c 的一部分， I c ＝ βI b ＋ I ceo 。值得注意的是， I ceo 跟温度有密切的关系，温度升高， I ceo 急剧变大，破坏了放大电路工作的稳定性。所以，选择三极管时，并不是 β 越大越好，一般取硅管 β 为 40 ～ 150 ，锗管取 40 ～ 80 。