發布日期：2022-10-09 點擊率：62
硬小妹：“李工，三極管和雙極型晶體管是一樣的嗎？”
油條李：“這就像人名一樣，一個是外號，一個是名字！”
硬小妹：“哦哦，那三極和雙極不就互相矛盾了嗎？”
油條李：“此三極非彼雙極也！”
1947年，第一個基于鍺半導體的具有放大功能的點接觸式晶體管問世，標志著人類從真空管時代進入了晶體管時代。晶體管的發明開啟了電子世界的大門，為集成電路的產生奠定了基礎。
根據制造工藝和結構的不同，晶體管可分為三大類：雙極型晶體管（BJT）、場效應晶體管（FET）和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。雙極型晶體管又稱為三極管，是我們常用的一種電子元器件，今天我們先來學習一下有關三極管的基礎知識和應用技巧吧。
1、根據極性的不同三極管可分為：NPN型三極管和PNP型三極管；
2、根據材料的不同三極管可分為：硅三極管和鍺三極管；
3、根據工作頻率的不同三極管可分為：低頻三極管和高頻三極管；
4、根據功率的不同三極管可分為：小功率三極管、中功率三極管和大功率三極管；
5、根據封裝材料的不同三極管可分為：塑料封裝三極管和金屬封裝三極管；
6、根據封裝形式的不同三極管可分為：插件三極管和貼片三極管；
7、根據用途的不同三極管可分為：放大三極管、開關三極管和振蕩三極管等。
我們常用的三極管的品牌主要有以下幾種：
1、長電CJ
2、美臺DIODES
3、英飛凌Infineon
4、辰達行電子MDD
5、安世Nexperia
6、安森美ON
7、羅姆ROHM
8、時科SHIKUES
9、東芝TOSHIBA
10、友順UTC
隨著國內半導體廠商的崛起，在中低端市場，國產品牌的三極管在價格和性能上具有一定的優勢，逐漸取代了國外品牌，成為市場的主流選擇，但在高端市場，國外廠商仍占據領先地位，特別是在高頻、大功率等應用場景。現如今，我們國家和企業已經意識到自主研發的重要性，相信在不久的將來，三極管的高端應用場景我們也會占有一席之地。
三極管是在二極管的基礎上發展而來的，一個二極管包含一個PN結，而一個三極管包含兩個PN結，這兩個PN結構成兩種極性，三個管腳，這三個管腳分別稱為基極、集電極和發射極，如下圖所示：
圖源 | TOSHIBA官網
三極管是電流控制型半導體器件，由基極電流大小控制集電極電流大小。對于不同類型的三極管，其電流方向是不同的，對于NPN型三極管，其電流方向為從基極到發射極、從集電極到發射極；對于PNP型三極管，其電流方向為從發射極到基極、從發射極到集電極，可形象的記憶為三極管電路符號上的箭頭方向代表電流的方向。
由于三極管是電流敏感型器件，因此在實際電路應用當中，應特別注意基極電流的大小。基極的限流電阻的阻值不能過大或者過小，應根據實際需求進行選擇，比如使用三極管驅動繼電器的電路當中，如果三極管基極串接電阻取值過大，則會造成繼電器無法動作的現象，此時串接電阻取值220歐姆至1K范圍較為合適。
三極管的參數可分為三類：直流參數、交流參數和極限參數，不同參數表征的是三極管在不同條件下的特性。
1、直流參數。
（1）直流放大倍數hFE。該參數表征的是在共發射極電路中，沒有交流電流輸入時，集電極電流與基極電流的比值，即hFE = IC / IB。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其直流增益和集電極電流的關系曲線如下圖所示：
圖源 |長電官網
從上圖可以看出，三極管的直流增益參數并不是固定的，而是隨著環境溫度、集電極電流的大小的變化而變化，因此，在產品電路設計當中應充分考慮環境溫度、集電極電流的大小對直流增益的影響，預留一定的余量，避免極端條件下造成產品功能的異常。
（2）集電極-基極反向截止電流ICBO。該參數表征的是三極管在發射極開路時，集電極和基極之間加上一定的反向偏置電壓，此時的集電極電流稱為集電極-基極反向截止電流，該參數越小越好，一般為uA級別。
（3）集電極-發射極反向截止電流ICEO。該參數又稱為穿透電流，表征的是三極管在基極開路時，集電極和發射極之間加上一定的反向偏置電壓，此時流過集電極和發射極的電流稱為集電極-發射極反向截止電流，該參數越小越好，一般為uA級別。
（4）發射極-基極反向截止電流IEBO。該參數表征的是三極管是集電極開路時，發射極和基極之間加上一定的反向偏置電壓，此時流過發射極和基極之間的電流稱為發射極-基極反向截止電流，該參數越小越好，一般為uA級別。
（5）集電極-發射極飽和電壓VCEsat。該參數表征的是流過三極管集電極最大電流時，集電極和發射極之間的電壓大小。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其集電極-發射極飽和電壓與集電極電流之間的關系曲線如下圖所示：
圖源 |長電官網
從上圖可以看出，集電極-發射極飽和電壓是隨著集電極電流的增大而增大的，且環境溫度對其有一定的影響。該參數越小越好。
（6）基極-發射極飽和電壓VBEsat。該參數表征的是流過三極管集電極最大電流時，基極和發射極之間的電壓大小。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其基極-發射極飽和電壓與集電極電流之間的關系曲線如下圖所示：
圖源 |長電官網
從上圖可以看出，基極-發射極飽和電壓是隨著集電極電流的增大而增大的，且環境溫度對其有一定的影響。該參數越小越好。
2、交流參數
（1）交流放大倍數β。該參數表征的是在共發射極電路中，基極輸入交流電流信號時，集電極電流的變化量C與基極電流變化量ΔIΔIB。在三極管的數據手冊當中，一般給出的是直流放大倍數hFE而不是交流放大倍數β，這是因為三極管的交流放大倍數的大小近似于直流放大倍數，因此在實際計算過程中二者取值可以相同。
（2）特征頻率fT。該參數表征的是三極管交流放大倍數β下降到1時的基極輸入信號的頻率，此時三極管已無放大作用。三極管的特征頻率相當于其帶寬，在實際應用當中基極輸入信號的頻率與信號放大倍數的乘積應小于三極管的特征頻率。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其特征頻率與集電極電流之間的關系曲線如下圖所示：
圖源 |長電官網
從上圖中可以看出，三極管的特征頻率并不是固定不變的，而是隨著集電極電流的變化而變化的。三極管的特征頻率一般都是比較高的，超過100Mhz，對于低頻信號的放大電路可不用特別關注該參數，但對于大于1Mhz的信號放大電路時則需要特別關注該參數，否則易造成信號的失真等異常現象。
三極管的交流參數除了交流放大倍數和特征頻率外，還包括噪聲系數、等效噪聲電壓、輸入電容、輸出電容等參數，這些參數在一些特殊應用場景當中需要特別關注。
3、極限參數
（1）集電極-基極擊穿電壓VCBO。該參數表征的是三極管發射極開路時，集電極和基極之間能夠承受的最大電壓值。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其集電極-基極擊穿電壓為40V。
（2）集電極-發射極擊穿電壓VCEO。該參數表征的是三極管基極開路時，集電極和發射極之間能夠承受的最大電壓值。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其集電極-發射極擊穿電壓為25V。
（3）發射極-基極擊穿電壓VEBO。該參數表征的是三極管集電極開路時，發射極和基極之間能夠承受的最大電壓值。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其發射極-基極擊穿電壓為5V。
（4）集電極最大允許電流IC。該參數表征的是三極管集電極能夠承受的最大電流值，超過該參數值易損壞三極管。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其集電極最大允許電流為500mA。
（5）集電極最大允許耗散功率PC。該參數表征的是三極管因發熱而引起的參數變化在規定的范圍之內時，集電極消耗的最大功率。以長電NPN型三極管型號S8050為例，其集電極最大允許耗散功率為300mW，其集電極最大允許耗散功率與環境溫度之間的關系曲線如下圖所示：
圖源 |長電官網
從上圖中可以看出，三極管集電極最大允許耗散功率是在環境溫度25攝氏度時測定的，隨著環境溫度的升高，該參數是逐漸降低的，因此在大電流或者高溫環境等應用場景，應充分考慮三極管的散熱問題。
三極管有三種工作狀態：截止狀態、放大狀態和飽和狀態，下面以NPN型三極管為例，簡要說明一下這三種狀態。
1、截止狀態。此狀態下三極管不工作，集電極電流為零，集電極電阻上的電壓降為零，集電極電壓等于三極管直流工作電壓。
2、放大狀態。此狀態下三極管具有電流放大功能，集電極電流增大時集電極電壓降低；集電極電流減小時集電極電壓升高。此狀態下三極管集電極電壓大于基極電壓，基極電壓大于發射極電壓。
3、飽和狀態。此狀態下三極管沒有電流放大能力，處于飽和導通狀態，基極電壓大于集電極電壓和發射極電壓，且基極和發射極之間的電壓為固定值，一般為0.2V左右。
三極管的應用電路都是基于其三種工作狀態而設計的，常見的三極管的應用主要有以下幾種類型：
1、反向電路。三極管工作在截止狀態和飽和狀態時，基極電壓和集電極電壓互為反向，利用該特性可對信號進行反向處理：基極輸入信號為低電平時，集電極輸出信號為高電平；基極輸入信號為高電平時，集電極輸出信號為低電平。
2、開關電路。利用三極管截止和飽和狀態的特性，使用三極管和MOS管組合成電子開關電路，用來控制電源的通斷，同時也能夠達到低電壓控制高電壓的目的。
3、放大電路。利用三極管放大狀態的特性，可以組成放大電路，常見的三極管放大電路有共集電極放大電路、共發射極放大電路和共基極放大電路，這三種放大電路各有特點，使用時根據需要進行選擇。
4、振蕩電路。使用三極管、電阻、電容可以組成不同類型的振蕩電路，產生不同類型、頻率的波形，比如正弦波、方波。
5、恒壓電路。當三極管基極電壓不變時，其集電極輸出電壓也保持不變，利用此特性可以組成恒壓源電路，比如我們常見的LDO芯片，就是根據此原理制造而成的。
6、恒流電路。當三極管基極電流不變時，其集電極電流也保持不變，利用此特性可以組成恒流源電路。
7、驅動電路。三極管集電極電流較大，可以用來驅動一些大電流的負載，比如蜂鳴器、繼電器、LED燈等等。
隨著晶體管的發展，出現了內置偏置電阻的晶體管BRT，此種類型的晶體管相比雙極型晶體管BJT具有穩定、抗噪聲、節省PCB空間的優點，如下圖所示：
圖源 | TOSHIBA官網
三極管作為電子電路中常用的元器件，其特性具有非線性，受到多種因素的影響，是我們學習模電的一大難點，同時也是模電入門的必經之路。模電的世界龐雜多變，一不小心可能就會迷失自我，唯有堅持本心，直面困難，方可撥云見日！
“遇到什么困難也不要怕，微笑著面對它，消除恐懼的最好辦法就是面對恐懼，堅持就是勝利，奧利給！”
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