晶体三极管 图说三极管，太容易懂了！（史上最详细版本）

“晶体管是半导体的基本元件之一，具有电流放大功能，是电子电路的核心元件。”

在电子元件家族中，三极管属于半导体有源元件中的分立元件。

广义来说，三重奏有很多种，常见的如下图所示。

狭义的三极管指的是双极型三极管，是最基本最通用的三极管。

本文描述了一种窄三极管，它有许多昵称:

三极管的发明

晶体管出现之前，是真空。电子电路中具有放大和开关功能的电子晶体管控制电流。

True 空电子管存在重量大、能耗大、响应慢等缺点。

二战期间，军方迫切需要一种稳定、可靠、快速、灵敏的电信号放大器，研究成果在二战后获得。

早期主要是开发应用锗晶体管，因为锗晶体容易获得。硅晶出现后，由于硅管生产工艺的高效率，锗管逐渐被淘汰。

经过半个世纪的发展，出现了多种不同形状的三重奏。

低功率三极管一般封装在塑料中。

大功率三极管一般封装在金属铁壳内。

三极管核心结构

核心是“PN结”

这是两个背靠背的PN结

可以是NPN组合，也可以是PNP组合

由于硅NPN晶体管是目前三极管的主流，以下内容主要以硅NPN晶体管为例！

NPN三极管结构示意图

硅氮烷三极管的制造工艺

模具结构剖视图

流程结构的特点:

发射极区高掺杂:为了便于发射极结发射电子，发射极区半导体的掺杂浓度高于基极区，发射极结面积小；

基区尺度很薄:3~30μm，掺杂浓度低；

集电极结面积大:集电极区和发射极区是掺杂半导体，性质相同，但集电极区掺杂浓度较低，面积较大，便于收集电子。

三极管不是单片两个PN结，两个二极管不能组成三极管！

工艺结构在半导体工业中非常重要。PN结不同的材料成分、尺寸、排列方式、掺杂浓度和几何结构可以制作出各种元件，包括ic。

三极管电路符号

三极管电流控制原理示意图

三极管基本电路

施加的电压使发射极结正向偏置，集电极结反向偏置。

设置/基础/拍摄当前关系:

IE = IB + IC

IC = β * IB

如果IB = 0，则IE = IC = 0

三极管特性曲线

输入特性曲线

当集电极-发射极电压UCE为一定值时，基极电流IB与基极-发射极电压UBE的关系曲线。

UBER是三极管启动的阈值电压，会受到集电极和发射极电压的影响。正常运行时，NPN硅管的启动电压约为0.6v；

UBE & lt；优步，三极管高度绝缘，UBE >:优步，三极管启动；

UCE增加，特征曲线向右移动，但当uce >时:1.0V后，特征曲线几乎不移动。

输出特性曲线

当基极电流IB不变时，集电极电流IC和集电极-发射极电压UCE之间的关系曲线是一组曲线。

IB=0时，IC→0，表示三极管处于关断状态，相当于关断；

当IB >: 0时，IB的微小变化会在IC上放大几十倍甚至上百倍；

当IB很大时，IC变得很大，不能随着IB的增大而继续增大，晶体管失去放大功能，表明开关导通。

三极管核心功能:

放大功能:小电流变化不大，大电流放大。

开关功能:以小电流控制大电流的通断。

三极管的放大功能

IC = β * IB

例如:当基极电流IB=50μA时，集电极电流:

IC=βIB=120*50μA=6000μA

电信号中微弱的变化通过三极管放大成大波幅的电信号，如下图所示:

所以三极管放大信号幅度，但三极管不能放大系统的能量。

可以放大多少？

取决于三极管的放大β值！

首先，β由三极管的材料和工艺结构决定:

比如硅三极管β值的常见范围是30~200

锗三极管β值的一般范围是30~100

β值越大，漏电流越大，β值过大的晶体管性能不稳定。

其次，β会受到信号频率和电流的影响:

当信号频率在一定范围内时，β值接近一个常数，当频率超过一定值时，β值会明显减小。

β值随集电极电流IC而变化，当IC处于毫安级时，β值较小。一般小功率管放大倍数比大功率管大。

三极管主要性能参数

三极管有很多性能参数，包括DC、交流和极限参数:

类型

参数项

象征

意义

直流参数

共发射DC放大系数

β

在没有交流信号输入的情况下，设置共发射极电路的基极电流比。β=IC/IB

共基DC放大因子

α

没有交流信号输入的公共基极电路的集体发射比。

定位拍摄

反向电流

电流

开基极，集电极和发射极之间反向电流，也叫漏电流和穿透电流。

集电极

反向电流

国际建筑会议

发射极开路时集电极结的反向电流

ICEO=βICBO

交流参数

共发射交流放大系数

β

共射极电路，集总基极电流变化的比率:β = δ IC/δ IB

共基交流放大系数

α

共基电路，集电极电流变化率:α = δ IC/δ IE

公共发射截止频率

β

对应于β的频率由于频率而增加3dB

公共基极截止频率

α

由于频率增加，α降低3dB。

特征频率

фT

频率上升，β降至1时对应的频率。

极限参数

集电极最大电流

交叉学科建模竞赛

允许通过集电极的最大电流。

收集器的最大功率

脉冲编码调制

如果实际功率太高，三极管就会烧坏。

集电极-发射极击穿电压

UCEO

基极开路时的集电极-发射极耐受电压。

温度对三极管性能的影响

温度几乎影响三极管的所有参数，其中以下三个参数影响最大。

对放大倍数β的影响:

在基极输入电流IB不变的情况下，集电极电流IC会因温度升高而急剧增大。

对反向饱和电流ICEO的影响:

ICEO是少数载流子漂移运动形成的，与环境温度有很大关系，ICEO会随着温度的升高而急剧上升。当温度上升10℃时，ICEO就会翻倍。

硅管的漏电流ICEO在常温下虽然很小，但升温后漏电流会高达几百微安。

对发射极结电压UBE的影响:

当温度上升1℃时，UBE将下降约2.2毫伏..

随着温度的升高，β和IC增大，UCE减小。电路设计中应采取相应的措施，如远离热源、散热等，以克服温度对三极管性能的影响。

三元组的分类

分类角度

种类

解释

从技术流程

按材料

硅三极管0.6V

锗三极管0.3V

一般:

锗管为PNP型

硅管是NPN型的

按结构

PNP类型

NPN类型

根据制造工艺

平面型

合金模具

扩散类型

大多数高频管是扩散型的

低频管大多是合金型的

从属性能

按频率

低频管

中频管3 ~ 30兆赫

高频管30~500 三极管命名方法

牛仔裤

2

普通

2904

A

特殊军事级别

超级特种部队

JANS:航空航天级

:非军事用品

1:二极管

2:三极管

“n”:n:n结元件

环评注册id

环境影响评价登记序号

不同等级

例如:日本2N2904航空级三极管

欧洲三极管的命名

B

C

208

A

锗管

硅管

c:低频低功率

d:低频大功率

f:高频低功率

l:高频大功率

注册序列号

β等级

例子:BC208A硅材料低频低功率三极管

三极管封装和引脚排列

关于包装:

三极管设计的额定功率越大，其体积越大，而且由于封装技术的不断更新和发展，三极管有多种封装形式。

目前，塑料包装是三极管的主流包装形式，其中“TO”和“SOT”包装最为常见。

关于引脚排列:

不同品牌、不同封装的三极管引脚定义并不完全相同。一般有以上规则:

规则1:对于中高功率三极管，集电极明显较厚，甚至由大面积金属电极连接，多在基极和发射极之间；

规则二:对于贴片式三极管，面对logo时，左边是基极，右边是发射极，集电极在另一边；

基极b集电极c发射极e

三极管的选择原则

考虑到三极管的性能极限，根据“2/3”安全原则选择合适的性能参数。

集电极电流集成电路:

集成电路<。2 / 3 * ICM

离子传导膜收集器的最大允许电流

当IC >:在ICM中，三极管β值降低，放大功能丧失。

集电极功率PW:

PW <。2 / 3 * PCM

PCM采集器最大允许功率。

当pw >: PCM晶体管会烧坏。

设定-拍摄反向电压UCE:

UCE & lt；2 / 3 * UBVCEO

基极开路时集电极-发射极反向击穿电压

集电极/发射极电压uce >: UBVCEO，三极管产生很大的集电极电流击穿，造成永久性损伤。

工作频率:

ф= 15% *фT

特征频率

随着工作频率的增加，三极管的放大能力会降低，对应β=1的频率t称为三极管的特征频率。

另外要考虑体积成本，优先选用贴片晶体管。