PNPNPN三极管.docx

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PNPNPN三极管

构造与操作原理jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号三极管的根本构造是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn两种组合。

三个接出来的端点依序称为射极〔emitter,E〕、基极〔base,B〕和集极〔collector,C〕，名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。

图中也显示出npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极管的符号一致。

在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。

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              图1pnp（a）与npn（b）三极管的构造示意图与电路符号。

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      三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类，这里我们先讨论最常用的所谓〞正向活性区〞（forwardactive），在此区EB极间的pn接面维持在正向偏压，而BC极间的pn接面那么在反向偏压，通常用作放大器的三极管都以此方式偏压。

图2（a）为一pnp三极管在此偏压区的示意图。

EB接面的耗散区由于在正向偏压会变窄，载体看到的位障变小，射极的电洞会注入到基极，基极的电子也会注入到射极；而BC接面的耗尽区那么会变宽，载体看到的位障变大，故本身是不导通的。

图2（b）画的是没外加偏压，和偏压在正向活性区两种情况下，电洞和电子的电位能的分布图。

三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差异呢？

其间最大的不同局部就在于三极管的两个接面相当接近。

以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例，射极的电洞注入基极的n型中性区，马上被多数载体电子包围遮蔽，然后朝集电极方向扩散，同时也被电子复合。

当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时，会被此区的电场加速扫入集电极，电洞在集电极中为多数载体，很快藉由漂移电流到达连结外部的欧姆接点，形成集电极电流IC。

IC的大小和BC间反向偏压的大小关系不大。

基极外部仅需提供与注入电洞复合局部的电子流IBrec，与由基极注入射极的电子流InB?

E〔这局部是三极管作用不需要的局部〕。

InB?

E在射极与与电洞复合，即InB?

E=IErec。

pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地在图3（a）中看出。

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图2（a）一pnp三极管偏压在正向活性区；（b）没外加偏压，和偏压在正向活性区两种情况下，电洞和电子的电位能的分布图比拟。

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jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号图3（a）pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类；（b）电洞电位能分布及jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号注入的情况；（c）电子的电位能分布及注入的情况。

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            一般三极管设计时，射极的掺杂浓度较基极的高许多，如此由射极注入基极的射极主要载体电洞〔也就是基极的少数载体〕IpE?

B电流会比由基极注入射极的载体电子电流InB?

E大很多，三极管的效益比拟高。

图3（b）和（c）个别画出电洞和电子的电位能分布及载体注入的情况。

同时如果基极中性区的宽度WB愈窄，电洞通过基极的时间愈短，被多数载体电子复合的机率愈低，到达集电极的有效电洞流IpE?

C愈大，基极必须提供的复合电子流也降低，三极管的效益也就愈高。

集电极的掺杂通常最低，如此可增大CB极的崩溃电压，并减小BC间反向偏压的pn接面的反向饱和电流，这里我们忽略这个反向饱和电流。

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号由图4（a），我们可以把各种电流的关系写下来：

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号射极电流IE=IpE?

B+IErec=IpE?

B+InB?

E=IpE?

C+IBrec+InB?

E（1a）jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号基极电流IB=InB?

E+IBrec=IErec+IBrec（1b）jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号集电极电流IC=IpE?

C=IE-IErec-IBrec=IE-IB（1c）jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号式1c也可以写成jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号IE=IC+IBjVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

             射极注入基极的电洞流大小是由EB接面间的正向偏压大小来控制，和二极管的情况类似，在启动电压附近，微小的偏压变化，即可造成很大的注入电流变化。

更准确的说，三极管是利用VEB〔或VBE〕的变化来控制IC，而且提供之IB远比IC小。

npn三极管的操作原理和pnp三极管是一样的，只是偏压方向，电流方向均相反，电子和电洞的角色互易。

pnp三极管是利用VEB控制由射极经基极、入射到集电极的电洞，而npn三极管那么是利用VBE控制由射极经基极、入射到集电极的电子，图4是二者的比拟。

经过上面讨论可以看出，三极管的效益可以由在正向活性区时，射极电流中有多少比例可以到达集电极看出，这个比例习惯性定义作希腊字母αjVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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       图4pnp三极管与npn三极管在正向活性区的比拟。

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        而且a一定小于1。

效益高的三极管，a可以比0.99大，也就是只有小于1%的射极电流在基极与射极与基极的主要载体复合，超过99%的射极电流到达集电极了解正向活性区的工作原理后，三极管在其他偏压方式的工作情况就很容易理解了。

表1列出三极管四种工作方式的名称及对应之BE和BC之pn接面偏压方式。

反向活性区（reverseactive）是将原来之集电极用作射极，原来的射极当作集电极，但由于原来集电极之掺杂浓度较基极低，正向偏压时由原基极注入到原集电极之载体远较原集电极注入基极的多，效益很差，也就是说和正向活性区相比，提供一样的基极电流，能够开关控制的集电极电流较少，a较小。

在饱和区（saturation），两个接面都是正向偏压，射极和集电极同时将载体注入基极，基极因此堆积很多少数载体，基极复合电流大增，而且射极和集电极的电流抵销，被控制的电流量减小。

在截止区（cutoff），BE和BC接面均不导通，各极间只有很小的反向饱和电流，三jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号极间可视作开路，也就是开关在关的状态。

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名称jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

正向活性区jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

反向活性区jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

饱和区jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

截止区jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（forwardactive）jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（reverseactive）jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（saturation）jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（cutoff）jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

BE接面jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

正向偏压jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

反向偏压jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

正向偏压jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

反向偏压jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

BC接面jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

反向偏压jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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反向偏压jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

用途jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

线性信号放大器jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号数字电路jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号开关电路jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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很少使用jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

数字电路jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

开关电路jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

数字电路jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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工作模式

射极结面

极集结面

饱和

正向偏压

正向偏压

线性

正向偏压

反向偏压

反向

反向偏压

正向偏压

截止

反向偏压

反向偏压

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   表中同时列出了四种工作方式的主要用途。

三极管在数字电路中的用途其实就是开关，利用电信号使三极管在正向活性区〔或饱和区〕与截止区间切换，就开关而言，对应开与关的状态，就数字电路而言那么代表0与1〔或1与0〕两个二进位数字。

假设三极管一直维持偏压在正向活性区，在射极与基极间微小的电信号〔可以是电压或电流〕变化，会造成射极与集电极间电流相对上很大的变化，故可用作信号放大器。

下面在介绍完三极管的电流电压特性后，会再仔细讨论三极管的用途。

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三极管截止与饱合状态jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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     截止状态jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

     三极管作为开关使用时，仍是处于以下两种状态下工作。

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号1.截止（cutoff）状态:

如图5所示，当三极管之基极不加偏压或加上反向偏压使BE极截止时（BE极之特性和二极管一样，须加上大于0.7V之正向偏压时才态导通），基极电流IB=0，因为IC=βjVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

IB，所以IC=IE=0，此时CE极之间相当于断路，负载无电流。

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 a）基极（B）不加偏压使jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

  基极电流IB等于零

 （b）基极（B）加上反向偏jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

  压使基极电流IB等于零

（c）此时集极（C）与射极（E）jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

  之间形同段路，负载无jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

  电流通过 

          图5三极管截止状态               

饱合状态jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

饱合（saturation）状态:

如图6所示，当三极管之基极参加驶大的电流时，因为IC≒IE=β×IB，射极和集极的电流亦非常大，此时，集极与射极之间的电压降非常低（VCE为0.4V以下），其意义相当于集极与射极之间完全导通，此一状态称为三极管饱合。

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图6（a）基极加上足够的顺向                           （b）此时C-E极之间视同 jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

       偏压使IB足够大                                  导通状态jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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 晶体管的电路符号和各三个电极的名称如下jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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   图7PNP型三极管         图8 NPN型三极管 jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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三极管的特性曲线jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号1、输入特性jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号图2〔b）是三极管的输入特性曲线，它表示Ib随Ube的变化关系，其特点是：

1〕当Uce在0-2伏围，曲线位置和形状与Uce有关，但当Uce高于2伏后，曲线Uce根本无关通常输入特性由两条曲线〔Ⅰ和Ⅱ〕表示即可。

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号2〕当Ube＜UbeR时，Ib≈O称〔0～UbeR）的区段为“死区〞当Ube＞UbeR时，Ib随Ube增加而增加，放大时，三极管工作在较直线的区段。

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号3〕三极管输入电阻，定义为:

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号rbe=（△Ube/△Ib）Q点，其估算公式为：

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号rbe=rb+（β+1）（26毫伏/Ie毫伏〕jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号rb为三极管的基区电阻，对低频小功率管，rb约为300欧。

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号2、输出特性jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号输出特性表示Ic随Uce的变化关系〔以Ib为参数〕从图9〔C〕所示的输出特性可见，它分为三个区域：

截止区、放大区和饱和区。

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号截止区当Ube＜0时，那么Ib≈0，发射区没有电子注入基区，但由于分子的热运动，集电集仍有小量电流通过，即Ic=Iceo称为穿透电流，常温时Iceo约为几微安，锗管约为几十微安至几百微安，它与集电极反向电流Icbo的关系是：

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号Icbo=（1+β）IcbojVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号常温时硅管的Icbo小于1微安，锗管的Icbo约为10微安，对于锗管，温度每升高12℃，Icbo数值增加一倍，而对于硅管温度每升高8℃，Icbo数值增大一倍，虽然硅管的Icbo随温度变化更剧烈，但由于锗管的Icbo值本身比硅管大，所以锗管仍然受温度影响较严重的管，放大区，当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时，Ic随Ib近似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态的区域。

jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号饱和区当发射结和集电结均处于正偏状态时，Ic根本上不随Ib而变化，失去了放大功能。

根据三极管发射结和集电结偏置情况，可能判别其工作状态。

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                 图9jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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三极管的主要参数jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号1、直流参数jVS838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用-根本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号〔1〕集电极一基极反