乾貨 | 三極體工作原理詳解
三極體，全稱應為半導體三極體，也稱雙極型晶體管、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。
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三極體是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極體是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。
NPN和PNP型三極體
-- 三極體工作原理 --
晶體三極體（以下簡稱三極體）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極體，（其中，N是負極的意思（代表英文中Negative），N型半導體在高純度硅中加入磷取代一些硅原子，在電壓刺激下產生自由電子導電，而P是正極的意思（Positive）是加入硼取代硅，產生大量空穴利於導電）。
兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。
對於NPN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成，發射區與基區之間形成的PN結稱為發射結,而集電區與基區形成的PN結稱為集電結,三條引線分別稱為發射極e （Emitter）、基極b (Base)和集電極c (Collector)。
當b點電位高於e點電位零點幾伏時，發射結處於正偏狀態，而C點電位高於b點電位幾伏時，集電結處於反偏狀態，集電極電源Ec要高於基極電源Eb。
在製造三極體時，有意識地使發射區的多數載流子濃度大於基區的，同時基區做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源後，由於發射結正偏，發射區的多數載流子（電子）及基區的多數載流子（空穴）很容易地越過發射結互相向對方擴散，但因前者的濃度基大於後者，所以通過發射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發射極電流子。
由於基區很薄,加上集電結的反偏，注入基區的電子大部分越過集電結進入集電區而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區的空穴進行複合，被複合掉的基區空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibo.根據電流連續性原理得：
Ie=Ib+Ic
這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關係，即：
β1=Ic/Ib
式中：β1--稱為直流放大倍數
集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：
β= △Ic/△Ib
式中β--稱為交流電流放大倍數
由於低頻時β1和β的數值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區分，β值約為幾十至一百多。
α1=Ic/Ie
Ic與Ie是直流通路中的電流大小
式中：α1也稱為直流放大倍數
一般在共基極組態放大電路中使用，描述了射極電流與集電極電流的關係。
α =△Ic/△Ie
表達式中的α為交流共基極電流放大倍數
同理α與α1在小信號輸入時相差也不大
對於兩個描述電流關係的放大倍數有以下關係：
三極體的電流放大作用實際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的巨大變化。
三極體是一種電流放大器件，但在實際使用中常常通過電阻將三極體的電流放大作用轉變為電壓放大作用。
-- 放大原理 --
01 發射區向基區發射電子
電源Ub經過電阻Rb加在發射結上，發射結正偏，發射區的多數載流子(自由電子）不斷地越過發射結進入基區，形成發射極電流Ie。
同時基區多數載流子也向發射區擴散，但由於多數載流子濃度遠低於發射區載流子濃度，可以不考慮這個電流，因此可以認為發射結主要是電子流。
02 基區中電子的擴散與複合
電子進入基區後，先在靠近發射結的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區中向集電結擴散，被集電結電場拉入集電區形成集電極電流Ic。
也有很小一部分電子（因為基區很薄）與基區的空穴複合，擴散的電子流與複合電子流之比例決定了三極體的放大能力。
03 集電區收集電子
由於集電結外加反向電壓很大，這個反向電壓產生的電場力將阻止集電區電子向基區擴散，同時將擴散到集電結附近的電子拉入集電區從而形成集電極主電流Icn。
另外集電區的少數載流子（空穴）也會產生漂移運動，流向基區形成反向飽和電流，用Icbo來表示，其數值很小，但對溫度卻異常敏感。
-- 測判口訣 --
三極體的管型及管腳的判別是電子技術初學者的一項基本功，為了幫助讀者迅速掌握測判方法，筆者總結出四句口訣:"三顛倒，找基極;PN結，定管型;順箭頭，偏轉大;測不準，動嘴巴。"下面讓我們逐句進行解釋吧。
1: 三顛倒，找基極
大家知道，三極體是含有兩個PN結的半導體器件。根據兩個PN結連接方式不同，可以分為NPN型和PNP型兩種不同導電類型的三極體。
測試三極體要使用萬用電錶的歐姆擋，並選擇R×100或R×1k擋位。圖2繪出了萬用電錶歐姆擋的等效電路。紅表筆所連接的是表內電池的負極，黑表筆則連接著表內電池的正極。
假定我們並不知道被測三極體是NPN型還是PNP型，也分不清各管腳是什麼電極。測試的第一步是判斷哪個管腳是基極。這時，我們任取兩個電極(如這兩個電極為1、2)，用萬用電錶兩支表筆顛倒測量它的正、反向電阻，觀察錶針的偏轉角度;接著，再取1、3兩個電極和2、3兩個電極，分別顛倒測量它們的正、反向電阻，觀察錶針的偏轉角度。
在這三次顛倒測量中，必然有兩次測量結果相近:即顛倒測量中錶針一次偏轉大，一次偏轉小;剩下一次必然是顛倒測量前後指針偏轉角度都很小，這一次未測的那隻管腳就是我們要尋找的基極。
2: PN結，定管型
找出三極體的基極後，我們就可以根據基極與另外兩個電極之間PN結的方向來確定管子的導電類型。將萬用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個電極中的任一電極，若表頭指針偏轉角度很大，則說明被測三極體為NPN型管;若表頭指針偏轉角度很小，則被測管即為PNP型。
3: 順箭頭，偏轉大
找出了基極b，另外兩個電極哪個是集電極c，哪個是發射極e呢?這時我們可以用測穿透電流ICEO的方法確定集電極c和發射極e。
(1) 對於NPN型三極體：穿透電流的測量電路。根據這個原理，用萬用電錶的黑、紅表筆顛倒測量兩極間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測量中萬用表指針偏轉角度都很小，但仔細觀察，總會有一次偏轉角度稍大，此時電流的流向一定是:黑表筆→c極→b極→e極→紅表筆，電流流向正好與三極體符號中的箭頭方向一致順箭頭，所以此時黑表筆所接的一定是集電極c，紅表筆所接的一定是發射極e。
(2) 對於PNP型的三極體：道理也類似於NPN型，其電流流向一定是:黑表筆→e極→b極→c極→紅表筆，其電流流向也與三極體符號中的箭頭方向一致，所以此時黑表筆所接的一定是發射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。
4: 測不出，動嘴巴
若在"順箭頭，偏轉大"的測量過程中，若由於顛倒前後的兩次測量指針偏轉均太小難以區分時，就要"動嘴巴"了。具體方法是:在"順箭頭，偏轉大"的兩次測量中，用兩隻手分別捏住兩表筆與管腳的結合部，用嘴巴含住(或用舌頭抵住)基電極b，仍用"順箭頭，偏轉大"的判別方法即可區分開集電極c與發射極e。其中人體起到直流偏置電阻的作用，目的是使效果更加明顯。
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