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NPN型三極管（電子電路中最重要的器件）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-20

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NPN型三極管

電子電路中最重要的器件

NPN型三極管是指由兩塊N型半導體中間夾著(zhù)一塊P型半導體所組成的三極管；也稱(chēng)為晶體三極管，可以說(shuō)它是電子電路中最重要的器件。三極管是電子電路中最重要的器件，它最主要的功能是電流放大和開(kāi)關(guān)作用，它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉換成信號的能量。

基本信息

中文名	NPN型三極管
外文名	NPN type triode
功能	電流放大和開(kāi)關(guān)作用
組成	三塊半導體構成
材質(zhì)	半導體
作用	用來(lái)控制電流的大小
重要參數	電流放大系數β

收起

基本結構

三極管顧名思義具有三個(gè)電極。二極管是由一個(gè)PN結構成的，而三極管由兩個(gè)PN結構成，共用的一個(gè)電極成為三極管的基極(用字母B表示——B取自英文Base，基本的、基礎的)，其他的兩個(gè)電極分別稱(chēng)為集電極(用字母C表示——C取自英文Collector，收集)和發(fā)射極(用字母E表示——E取自英文Emitter，發(fā)射)。基區和發(fā)射區之間的結成為發(fā)射結，基區和集電區之間的結成為集電結。

重要參數

三極管有一個(gè)重要參數就是電流放大系數β。當三極管的基極上加一個(gè)微小的電流時(shí)，在集電極上可以得到一個(gè)是注入電流β倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。

工作原理

原理圖

三極管是一種控制元件，主要用來(lái)控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì )隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì )有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數β（β=ΔIC/ΔIB,Δ表示變化量。），三極管的放大倍數β一般在幾十到幾百倍。

三極管放大信號

三極管在放大信號時(shí)，首先要進(jìn)入導通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置，否則會(huì )放大失真。

三極管放大作用

集電極電流受基極電流的控制(假設電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話(huà))，并且基極電流很小的變化，會(huì )引起集電極電流很大的變化，且變化滿(mǎn)足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(β一般遠大于1，例如幾十，幾百)。如果我們將一個(gè)變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會(huì )引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的，那么根據電壓計算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會(huì )發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái)，就得到了放大后的電壓信號了。

實(shí)際放大電路

三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因。首先是由于三極管BE結的非線(xiàn)性(相當于一個(gè)二極管)，基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管，常取0.7V)。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認為是0。但實(shí)際中要放大的信號往往遠比0.7V要小，如果不加偏置的話(huà)，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小于0.7V時(shí)，基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一個(gè)合適的電流(叫做偏置電流，圖2中那個(gè)電阻Rb就是用來(lái)提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當一個(gè)小信號跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小信號就會(huì )導致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì )被放大并在集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒(méi)有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無(wú)效(因為沒(méi)有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了)。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當輸入的基極電流變小時(shí)，集電極電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時(shí)，集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。

三極管飽和情況

因為受到電阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓)，集電極電流是不能無(wú)限增加下去的。當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續增大時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準則是：Ib*β〉Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當作開(kāi)關(guān)使用：當基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止)，相當于開(kāi)關(guān)斷開(kāi);當基極電流很大，以至于三極管飽和時(shí)，相當于開(kāi)關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開(kāi)關(guān)管。

如果我們在圖1中，將電阻Rc換成一個(gè)燈泡，那么當基極電流為0時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)(大于流過(guò)燈泡的電流除以三極管的放大倍數β)，三極管就飽和，相當于開(kāi)關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點(diǎn)就行了，所以就可以用一個(gè)小電流來(lái)控制一個(gè)大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會(huì )隨著(zhù)增加(在三極管未飽和之前)。

但是在實(shí)際使用中要注意，在開(kāi)關(guān)電路中，飽和狀態(tài)若在深度飽和時(shí)會(huì )影響其開(kāi)關(guān)速度，飽和電路在基極電流乘放大倍數等于或稍大于集電極電流時(shí)是淺度飽和，遠大于集電極電流時(shí)是深度飽和。因此我們只需要控制其工作在淺度飽和工作狀態(tài)就可以提高其轉換速度。

對于PNP型三極管，分析方法類(lèi)似，不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反，因此發(fā)射極上面那個(gè)箭頭方向也反了過(guò)來(lái)。

工作狀態(tài)

三極管是電流控制型元件，三極管的工作狀態(tài)有三種：截止、放大、飽和。

當p型半導體一邊接正極、n型半導體一邊接負極時(shí)，則為正偏，反之為反偏。以NPN為例（pnp管與之相反），

截止狀態(tài)：發(fā)射極反偏、集電極反偏，Ube＜0,Ubc＜0；

放大狀態(tài):發(fā)射極正偏、集電極反偏,Ube≥0.7V,而Ubc＜0，關(guān)系公式ΔIC＝βΔIB；

飽和狀態(tài)：發(fā)射極正偏、集電極正偏，Ube＞0,Ubc＞0；

NPN型三極管工作原理

常用

電子制作中常用的三極管有90××系列，包括低頻小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪聲管9014（NPN），高頻小功率管9018（NPN）等。它們的型號一般都標在塑殼上，而樣子都一樣，都是TO-92標準封裝。在老式的電子產(chǎn)品中還能見(jiàn)到3DG6（低頻小功率硅管）、3AX31（低頻小功率鍺管）等，它們的型號也都印在金屬的外殼上。

元件作用

電阻R1基極偏置用，電阻R2有限流作用，也是三極管集電極的負載電阻。發(fā)光二極管D指示作用，三極管T開(kāi)關(guān)作用，電池E供電。

三極管可以看成是2個(gè)PN結。測試其好壞只要測其PN結是否正常就行。其方法是，用電阻檔測b,c極和b,e極的正反電阻，相差幾十倍以上就是正常的。

估算NPN型三極管的電流放大系數的簡(jiǎn)單方法：

黑表筆接c極，紅表筆接e極，在c,b極間接一個(gè)50-200K的電阻，查看表針的擺動(dòng)情況，擺動(dòng)越大,β值越高。

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