發布日期：2022-10-09 點擊率：78
【導讀】這里講解三極管的發明史、核心結構、結構示意圖、制造流程、結構切面圖、工藝結構特點、電路符號、電流控制原理示意圖、基本電路等，讓大家全面了解三極管。
廣義上，三極管有多種，常見如下圖所示。
狹義上，三極管指雙極型三極管，是最基礎最通用的三極管。
本文所述的是狹義三極管，它有很多別稱：
三極管的發明
晶體三極管出現之前是真空電子三極管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后獲得。
早期，由于鍺晶體較易獲得，主要研制應用的是鍺晶體三極管。硅晶體出現后，由于硅管生產工藝很高效，鍺管逐漸被淘汰。
經半個世紀的發展，三極管種類繁多，形貌各異。
小功率三極管一般為塑料包封；
大功率三極管一般為金屬鐵殼包封。
三極管核心結構
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
由于硅NPN型是當下三極管的主流，以下內容主要以硅NPN型三極管為例！
NPN型三極管結構示意圖
硅NPN型三極管的制造流程
管芯結構切面圖
工藝結構特點：
發射區高摻雜：為了便于發射結發射電子，發射區半導體摻濃度高于基區的摻雜濃度，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，便于收集電子。
三極管不是兩個PN結的間單拼湊，兩個二極管是組成不了一個三極管的！
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，能制成各樣各樣的元件，包括IC。
三極管電路符號
三極管電流控制原理示意圖
三極管基本電路
外加電壓使發射結正向偏置，集電結反向偏置。
集/基/射電流關系：
IE = IB + IC
IC = β * IB
如果 IB = 0, 那么 IE = IC = 0
三極管特性曲線
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的關系曲線。
UBER是三極管啟動的臨界電壓，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
UCE增大，特性曲線右移，但當UCE>1.0V后，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之間的關系曲線，是一組曲線。
當IB=0時, IC→0 ,稱為三極管處于截止狀態，相當于開關斷開;
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，三極管失去放大功能，表現為開關導通。
三極管核心功能：
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。
三極管的放大功能
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管放大成波幅度很大的電信號，如下圖所示：
所以，三極管放大的是信號波幅，三極管并不能放大系統的能量。
能放大多少？
哪要看三極管的放大倍數β值了！
首先β由三極管的材料和工藝結構決定：
如硅三極管β值常用范圍為：30~200
鍺三極管β值常用范圍為：30~100
β值越大，漏電流越大，β值過大的三極管性能不穩定。
其次β會受信號頻率和電流大小影響：
信號頻率在某一范圍內，β值接近一常數，當頻率越過某一數值后，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。
三極管主要性能參數
三極管性能參數較多，有直流、交流和極限參數之分：
溫度對三極管性能的影響
溫度幾乎影響三極管所有的參數，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，它與環境溫度關系很大，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，但溫度升高后，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采取相應的措施，如遠離熱源、散熱等,克服溫度對三極管性能的影響。
三極管的分類
三極管命名標識
不同的國家/地區對三極管型號命名方式不同。還有很多廠家使用自己的命名方式。
中國大陸三極管命名方式
例：3DD12X NPN型低頻大功率硅三極管
日本三極管型號命名方式
例：2SC1895 高頻NPN型三極管
美國電子工業協會（EIA）三極管命名方式
例：JANS2N2904 宇航級三極管
歐洲三極管命名方式
例：BC208A 硅材料低頻小功率三極管
三極管封裝及管腳排列方式
關于封裝：
三極管設計額定功率越大，其體積就越大，又由于封裝技術的不斷更新發展，所以三極管有多種多樣的封裝形式。
當前，塑料封裝是三極管的主流封裝形式，其中“TO”和“SOT”形式封裝最為常見。
關于管腳排列：
不同品牌、不同封裝的三極管管腳定義不完全一樣的，一般地，有以上規律：
規律一：對中大功率三極管，集電極明顯較粗大甚至以大面積金屬電極相連，多處于基極和發射極之間；
規律二：對貼片三極管，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
三極管的選用原則
考慮三極管的性能極限，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，三極管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 三極管將燒壞。
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，三極管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 — 特征頻率
隨著工作頻率的升高，三極管的放大能力將會下降，對應于β=1 時的頻率?T叫作三極管的特征頻率。
此外，還應考慮體積成本，優先選用貼片式三極管。
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： MATLAB和Simulink在航
