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"晶體三極體，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"

在電子元件家族中，三極體屬於半導體主動元件中的分立元件。

廣義上，三極體有多種，常見如下圖所示。

狹義上，三極體指雙極型三極體，是最基礎最通用的三極體。

本文所述的是狹義三極體，它有很多別稱:

三極體的發明

晶體三極體出現之前是真空電子三極體在電子電路中以放大、開關功能控制電流。

真空電子管存在笨重、耗能、反應慢等缺點。

二戰時，軍事上急切需要一種穩定可靠、快速靈敏的電信號放大元件，研究成果在二戰結束後獲得。

早期，由於鍺晶體較易獲得，主要研製應用的是鍺晶體三極體。硅晶體出現後，由於硅管生產工藝很高效，鍺管逐漸被淘汰。

經半個世紀的發展，三極體種類繁多，形貌各異。　

小功率三極體一般為塑料包封；

大功率三極體一般為金屬鐵殼包封。

三極體核心結構

核心是「PN」結

是兩個背對背的PN結

可以是NPN組合，也或以是PNP組合

由於硅NPN型是當下三極體的主流，以下內容主要以硅NPN型三極體為例！

NPN型三極體結構示意圖

硅NPN型三極體的製造流程

管芯結構切面圖

工藝結構特點：

發射區高摻雜：為了便於發射結髮射電子，發射區半導體摻濃度高於基區的摻雜濃度，且發射結的面積較小;

基區尺度很薄:3~30μm，摻雜濃度低;

集電結面積大：集電區與發射區為同一性質的摻雜半導體，但集電區的摻雜濃度要低，面積要大，便於收集電子。

三極體不是兩個PN結的間單拼湊，兩個二極體是組成不了一個三極體的！

工藝結構在半導體產業相當重要，PN結不同材料成份、尺寸、排布、摻雜濃度和幾何結構，能製成各樣各樣的元件，包括IC。

三極體電路符號

三極體電流控制原理示意圖

三極體基本電路

外加電壓使發射結正向偏置，集電結反向偏置。

集/基/射電流關係：

IE = IB + IC

IC = β * IB

如果 IB = 0, 那麼 IE = IC = 0

三極體特性曲線

輸入特性曲線

集-射極電壓UCE為某特定值時，基極電流IB與基-射電壓UBE的關係曲線。

UBER是三極體啟動的臨界電壓，它會受集射極電壓大小的影響，正常工作時，NPN硅管啟動電壓約為0.6V；

UBE<UBER時，三極體高絕緣，UBE>UBER時，三極體才會啟動；

UCE增大，特性曲線右移，但當UCE>1.0V後，特性曲線幾乎不再移動。

輸出特性曲線

基極電流IB一定時，集極IC與集-射電壓UCE之間的關係曲線，是一組曲線。

當IB=0時, IC→0 ,稱為三極體處於截止狀態，相當於開關斷開;

當IB>0時, IB輕微的變化,會在IC上以幾十甚至百多倍放大表現出來;

當IB很大時，IC變得很大，不能繼續隨IB的增大而增大，三極體失去放大功能，表現為開關導通。

三極體核心功能：

放大功能：小電流微量變化，在大電流上放大表現出來。

開關功能：以小電流控制大電流的通斷。

三極體的放大功能

IC = β * IB （其中β≈ 10~400 ）

例：當基極通電流IB=50μA時,集極電流:

IC=βIB=120*50μA=6000μA

微弱變化的電信號通過三極體放大成波幅度很大的電信號，如下圖所示：

所以，三極體放大的是信號波幅，三極體並不能放大系統的能量。

能放大多少？

哪要看三極體的放大倍數β值了！

首先β由三極體的材料和工藝結構決定：

如硅三極體β值常用範圍為：30~200

鍺三極體β值常用範圍為：30~100

β值越大，漏電流越大，β值過大的三極體性能不穩定。

其次β會受信號頻率和電流大小影響：

信號頻率在某一範圍內，β值接近一常數，當頻率越過某一數值後，β值會明顯減少。

β值隨集電極電流IC的變化而變化，IC為mA級別時β值較小。一般地，小功率管的放大倍數比大功率管的大。

三極體主要性能參數

三極體性能參數較多，有直流、交流和極限參數之分：

溫度對三極體性能的影響

溫度幾乎影響三極體所有的參數，其中對以下三個參數影響最大。

（1）對放大倍數β的影響：

在基極輸入電流IB不變的情況下，集極電流IC會因溫度上升而急劇增大。

（2）對反向飽和電流（漏電流）ICEO的影響：

ICEO是由少數載流子漂移運動形成的，它與環境溫度關係很大，ICEO隨溫度上升會急劇增加。溫度上升10℃，ICEO將增加一倍。

雖然常溫下硅管的漏電流ICEO很小，但溫度升高後，漏電流會高達幾百微安以上。

（3）對發射結電壓 UBE的影響：

溫度上升1℃，UBE將下降約2.2mV。

溫度上升，β、IC將增大，UCE將下降，在電路設計時應考慮採取相應的措施，如遠離熱源、散熱等,克服溫度對三極體性能的影響。

三極體的分類

三極體命名標識

三極體封裝及管腳排列方式

關於封裝：

三極體設計額定功率越大，其體積就越大，又由於封裝技術的不斷更新發展，所以三極體有多種多樣的封裝形式。

當前，塑料封裝是三極體的主流封裝形式，其中「TO」和「SOT」形式封裝最為常見。

關於管腳排列：

不同品牌、不同封裝的三極體管腳定義不完全一樣的，一般地，有以上規律：

規律一：對中大功率三極體，集電極明顯較粗大甚至以大面積金屬電極相連，多處於基極和發射極之間；

規律二：對貼片三極體，面向標識時，左為基極，右為發射極，集電極在另一邊；

基極 — B 集電極 — C 發射極 — E

三極體的選用原則

考慮三極體的性能極限，按「2/3」安全原則選擇合適的性能參數。

集極電流IC:

IC < 2 / 3 * ICM

ICM 集極最大允許電流

當 IC>ICM時，三極體β值減小，失去放大功能。

集極功率PW:

PW < 2 / 3 * PCM

PCM集極最大允許功率。

當PW > PCM 三極體將燒壞。

集-射反向電壓UCE:

UCE < 2 / 3 * UBVCEO

UBVCEO基極開路時,集-射反向擊穿電壓

集/射極間電壓UCE>UBVCEO時，三極體產生很大的集電極電流擊穿,造成永久性損壞。

工作頻率?：

? = 15% * ?T

?T — 特徵頻率

隨著工作頻率的升高，三極體的放大能力將會下降，對應於β=1 時的頻率?T叫作三極體的特徵頻率。

此外，還應考慮體積成本，優先選用貼片式三極體。


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