半导体三极管，又称为双极结型晶体管（bipolar junction transistor, BJT）。

广义上，三极管有多种 。

狭义上，三极管指双极型三极管，是最基础最通用的三极管。
本文所述的是狭义三极管。

三极管的发明

晶体三极管出现之前是真空电子三极管在电子电路中以放大、开关功能控制电流。

真空电子管存在笨重、耗能、反应慢等缺点。

二战时，军事上急切需要一种稳定可靠、快速灵敏的电信号放大元件，研究成果在二战结束后获得。

早期，由于锗晶体较易获得，主要研制应用的是锗晶体三极管。硅晶体出现后，由于硅管生产工艺很高效，锗管逐渐被淘汰。

经半个世纪的发展，三极管种类繁多，形貌各异。

小功率三极管一般为塑料包封；大功率三极管一般为金属铁壳包封。

三极管核心结构

三极管是两个背对背的PN结组成，可以是NPN组合，也或以是PNP组合，内部发射区高掺杂，基区很薄，集电结面积大。

三极管结构示意图

三极管由两个PN结构成，e–b间的PN结叫发射结，c–b间的PN结叫集电结，b是两个PN结的公共电极。三极管导电方向由发射结的方向来决定。

三极管有从发射极流入和从发射极流出两种导电形式。为了区别这两种形式，规定箭头从e极指向b极的三极管表示PNP型。

三极管的图形符号

三极管图形符号如图所示，它有三个引脚电极，用三根短线表示，分别叫发射极e、基极b、集电极c。

发射结上并联有一个电阻。这表示生产三极管时，也同时制造了一个电阻器，故称为带阻三极管。上图d所示的图形符号，表示在生产三极管时，也同时制造了一个反方向的二极管，常称为带阻尼三极管。

三极管核心功能

• 放大功能：小电流微量变化，在大电流上放大表现出来；
• 开关功能：以小电流控制大电流的通断。

三极管的三个工作状态

三极管的三个工作状态

三极管是一个以b(基极)电流Ib 来驱动流过CE 的电流Ic 的器件，它的工作原理很像一个可控制的阀门；三极管的工作状态有四个，放大、截止、饱和、倒置。

集/基/射电流关系

IE = IB + IC
IC = β * IB
如果 IB = 0, 那么 IE = IC = 0
(注意：NPN型三极管，电流从基极/集电极流进，发射极流出，即：IE = IB + IC)
当IB=0时, IC→0 ,称为三极管处于截止状态，相当于开关断开;
当IB>0时, IB轻微的变化,会在IC上以几十甚至百多倍放大表现出来;
当IB很大时，IC变得很大，不能继续随IB的增大而增大，三极管失去放大功能，表现为开关导通。

集/基/射电压关系

注意：
三极管再放大电路中，IC = β * IB， β为放大系数（100~1200），RL为集电极限流电阻，当基极电流再增大时，集电极电流已不会再增大；
三极管在开关（截止/饱和）电路中，避免IB 电流变得很大，造成前级电路或者是三极管损坏，所以，RB为基极限流电阻。

练习

• 硅管还是锗管？
• 三极管的型号？
• 工作状态？
  

实际应用

S8050 NPN型 三极管，其中单片机G27引脚输出 3.3V，GND为0V，所以 Uc > Ub > Ue 三极管工作饱和导通，蜂鸣器工作。

补充一点：

NPN三极管和PNP三极管的区别

三极管作为电子开关，NPN三极管电路中灯泡负载接在集电极上面；
PNP三极管电路中灯泡则接在下游的集电极端。

参考资料

1、三极管工作原理详解
2、图说三极管的三个工作状态
3、图解三极管基本知识及电子电路图
4、微信读书|《元器件易学通：常用器件分册》· 龚华生著 (电子工业出版社2012-02)

三极管的基本特性

1 三极管的直流工作特性

取一个3DG12B型（NPN）高频三极管、一个1kΩ电阻器R、一个100kΩ可调电阻器RP（将电阻调到最大值）、一个3V电源E1及一个12V电源E2，然后按图所示的电路连接起来。

(NPN型三极管导通直流电)

总结：

• ❶Ic随 Ib增大而增大，表明 Ic受 Ib控制。

• ❷c极电流Ic略小于e极电流Ie，且Ic与Ie之比近似等于0.95。

• ❸Ie、Ib、Ic三者关系为：Ie=Ib+Ic。

• ❹NPN型三极管的集电极电流是由R流向c极，说明集电结电流是从集电区流向基区，导通反向电流。

• ❺三极管集电结导通的反向电流较大，这与单个PN结不导通反向电流的情况也不一样。

❶测PNP型三极管导通电流的操作与上述方法完全相同，只是PNP型与NPN型三极管导通电流的方向相反。NPN型三极管的b极电流流向管内，c极电流流向管内，e极电流流向管外 ；PNP型三极管的b极电流流向管外，c极电流流向管外，e极电流流向管内。

❷不管是PNP型还是NPN型三极管，流过发射结的电流都称为正向电流。

❸PNP型与NPN型三极管的Ic和Ie都随Ib改变而变化，即Ic和Ie的大小受Ib来控制。

2.三极管的直流工作条件

三极管能够导通直流电流是有条件的。从图中可看出，E1和E2两个电源形成了三极管各个电极的电压，且有如下特点。

❶正极通过RP与b极连接，负极与e极连接，便建立了b极电压Ub和e极电压Ue，且Ub比Ue高，这对NPN型三极管来说，称为在发射结加了正向偏置电压。

发射结是b、e极间的PN结，通常写成“b–e结”，发射结正向偏置电压用Ube表示。

❷ E2正极通过电阻R加到c极，负极加在e极，从而建立了c极电压Uc和e极电压Ue，且Uc比Ue高。加在c–e极之间的电压常用Uce表示。

❸ 仔细分析图会发现电路中还有第三个直流电源，那就是c极电压Uc和b极电压Ub形成的电压差，很明显，Uc高于Ub，表明三极管集电结加上了反向偏置电压。三极管集电结是c、b极之间的PN结，常写成“c–b结”，集电结反向电压用Ucb表示。

上述的 Ub、Uc、Ue、Ube、Ucb及Uce，都叫 三极管的直流偏置电压 。因直流电压不随时间变化，又称为三极管的静态电压。总结上述，NPN型和PNP型三极管导通直流电流的条件是：发射结必须加正向偏置电压，同时集电结加反向偏置电压。如果违背了这种电压条件，三极管就不能导通直流电流。

3.三极管导电的电流回路

三极管导电必然有电源和电流回路，这里将分析图中三极管导电的电流回路。从图中可以看出，电源E1和E2构成三条闭合电路。

第一条闭合电路为：E1+→RP→b极→e极→E1−。

第二条闭合电路为：E2+→R→c极→e极→E2−。

第三条闭合电路为：E2+→R→c极→b极→RP→E1+→E1−→E2−。

下面讨论这三条闭合电路的导电情况。

第一条闭合电路中，发射结正向偏置，电源能沿E1+→RP→b极→e极→E1−的方向导通电流。由于电流流过b极，所以属于b极回路电流，常用Ib表示。

第二条闭合电路中，发射结正向偏置，集电结反向偏置，电源能沿E2+→R→c极→e极→E2−方向导通电流。由于电流经过c极，属于c极回路电流，用Ic表示。

第三条闭合电路中，E1小于E2并反向串联给集电结加反向偏置电压，所以第三条闭合电路中电流微小，可忽略不计，一般不讨论这条回路。

由上述可归纳如下几点。

❶ 三极管在实际工作中只产生两条回路电流，且两条回路电流都流过三极管e极，因此称e极是这两条回路的公共电极。流过e极的电流记为Ie。

❷ 三极管导通电流时，三个电极的电流各不相同，Ib 很小，Ic 较大，Ie 最大，且Ie=Ic+Ib。这是三极管导通电流的重要特点。

❸ 两条回路电流的方向都与e极箭头所指方向一致，都称为三极管的正向电流。

❹ b极回路、c极回路同时导电，是三极管导通电流的必备条件，两者缺一不可。

最后指出，PNP型与NPN型三极管导通直流电流的特点相同，只是两者导通电流的方向相反。对NPN型三极管，e极电流Ie以流出管外为正方向，b极、c极电流都是流入管内的。对PNP型三极管，e极电流Ie以流入管内为正方向，b极、c极电流都是流出管外的。

三极管的直流放大特性

1.三极管对直流信号的放大作用

2.三极管放大直流电流的原理

3.三极管放大直流电压的原理

三极管的交流放大特性

1.三极管放大交流电流的原理

2.三极管放大交流电压的原理

三极管的伏安特性曲线

三极管的输入特性，具体描述了三极管输入电流Ib随输入电压Ube变化的关系。既可通过测量认识，也可通过分析特性曲线了解。

1 三极管的输入特性

1.1 测量三极管的输入特性

1.2 三极管的输入特性曲线分析

2 三极管的输出特性

2.1 测量三极管的输出特性

2.2 三极管的输出特性曲线分析

通常将三极管输出特性曲线所在坐标面划分为截止区、放大区、饱和区、过损耗区、击穿区，不同区域反映三极管的不同输出特性。

（1）截止区

图2-16 最下面那条曲线表明，在 Ib=0A时，即使 Uce为正电压，三极管也截止。因此将Ib=0A那条曲线以下的区域叫做截止区。

（2）放大区

在图2-16 中截止区以上，介于饱和区与击穿区（过电压区）之间的区域为放大区。放大区内输出特性曲线都表现出如下共同特点。

❶ Ib＞0A，Ic＞0A。表明发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。这时，发射区发射的电子到达基区后，绝大部分运动到集电区，只有极少量电子流向b极，Ib很微小。由于Ie=Ic+Ib，此时可以认为Ie≈Ic。这是三极管在放大区的输出特性之一。

❷ Ib变大时Ic随着变大，这说明c极电流受b极电流控制并随之增大，表明三极管具有电流放大作用；同时表明，Ic也受 Ube控制。即 Ube增大时 Ib变大，则 Ic变得更大，这表现了三极管的电压放大作用，是三极管在放大区的输出特性之二。

❸ 在放大区，当 Ib确定后，Ic值也就基本确定了，这时即使再增大 Uce，Ic也没有明显变化。这表明三极管工作于放大区时，Ic受 Uce的影响并不明显，因此，可把放大区的特性曲线，近似认为是水平线，这是三极管在放大区较为显著的第三个特

（3）饱和区

饱和区是图2-16中靠近纵轴的区域。要认识饱和区还得从三极管以下特点来理解。

❶三极管的Ib随Ube增大会引起Ic更大。

❷Ic流经R将产生电压降UR，且UR随Ic增大而越大。

❸在E2的电压固定后，由于 Uce=E2−UR，必然在 UR增大时会使 Uce减小，即c极电压Uc降低。由此可见，当Ube增大时，会使Uce减小。

当 Uc 减小到 Uc=Ub 或 Uc＜Ub 时，三极管集电结反向偏置消失或处于正向偏置。这时，即使Ib再增大，Ic也不会增大，三极管就失去放大作用。这种状态称为三极管的饱和状态。

在三极管的饱和程度上，因Ib、Ic数值不同又有区分。通常规定，把Uc=Ub时的状态称为临界饱和（或叫浅饱和）；Uc＜Ub时的状态，才称为饱和状态。这时c、e极之间形成的电压叫做饱和压降，用 Uces表示。且 Ic越大，Uces越大。饱和压降Uces是三极管的一项参数，将在后面讲述。

三极管在饱和区的特点是，集电结由反偏置变为正偏置，这时 Ic较大，但三极管并不损坏。同时b极电流Ib不再对c极电流Ic有控制作用，三极管失去放大作用。

（4）击穿区

从图2-16看，击穿区在放大区右边，表明三极管击穿是在Uce较高时发生的。当Uce较高使 Ucb足够大时，反向电压会使集电结反向击穿，损坏三极管。图2-16中 Ib=0A那条输出特性曲线清楚地表明，Uce较大时，Ic急剧增大。这种情况若发生在图2-10 所示的电路中，将很快击穿集电结使 Ic 急剧增大，接着将发射结烧为短路。三极管发生击穿之后，Uc=Ub=Ue。这是c、e极之间电压超过了三极管能够承受的电压而产生的结果。击穿区也称为过电压区。

三极管的基本电路和放大作用

1 三极管的三种连接电路

三极管在应用中常接成三种形式的电路。

1.1 共发射极电路

共发射极电路，就是三极管输入、输出回路的电流共用发射极，如图（a）所示。

在共发射极电路中，三极管的直流偏置状态是：b–e结正向偏压，c–b结反向偏压，c–e极电压与e极箭头方向一致。这时三极管输入、输出回路导通静态偏置电流，可放大交流信号。输入信号热端经C1耦合从b极进入三极管内，输出信号的热端从c极经C2耦合输出，三极管e极是输入、输出信号冷端的公共电极。共发射极电路在实际中应用最普遍，前面讲述的都是共发射极电路。

共发射极电路既有放大交流电压的作用，也有放大交流电流的作用，因此对信号功率有较大放大作用，应用最广泛。另外，共发射极电路在放大信号时，输入、输出电流的相位相同，输入、输出电压的相位相反。共发射极电路的稳定性差，失真大。当输入信号频率高到一定程度时，由于受三极管截止频率限制，放大高频信号能力会下降。

1.2 共基极电路

图（b）是共基极电路，三极管b–e结为正向偏置，c–b结为反向偏置，处于静态偏置条件下，所以能放大交流信号。信号热端经C1耦合到e极，冷端加在b极，并与e极、b–e结、b极构成输入回路产生交流电流，电流方向为：信号热端←→C1←→e极←→b–e结←→b极←→地←→信号冷端。可见交流电流是从e、b极送入三极管的。

在三极管放大电路中，常只指明信号热端的传送途径，因此可以说共基极电路的e极是信号输入端，c极是信号输出端。

上述表明，共基极电路的信号是由e、b极间输入，从c、b极间输出，b极是公共电极，因此称为共基极电路。共基极电路的稳定性较高；输入电阻决定于正向偏置的发射结，所以较小；输出电阻决定于反向偏置的集电结，故较大；这种电路没有电流放大作用，却能将输入交流电压放大许多倍，因此还是能放大信号功率；共基极电路对高频信号的放大特性好，因它的截止频率是共发射极电路的（1+β）倍。

共基极电路放大信号时，输入、输出电流的相位相反，输入、输出电压的相位相同。

1.3 共集电极电路

从图（c）可看出，输入信号经C1耦合由b极输入三极管内，输出信号由e极输出三极管外，输入、输出信号公共c极。将采用这种方式连接的电路叫做共集电极电路。

共集电极电路中，电源E的正极经R1加到b极，E的负极经R2加到e极，发射结正向偏置。同时E正极直接加到c极，E负极经R2和正偏置的b–e结加到b极，集电结反向偏置。共集电极电路加了直流偏置电压，就能放大信号。

共集电极电路具有输入电阻高，输出电阻低的特点，常用它做阻抗变换器。这种电路对交流电流有较大的放大作用，但不能放大交流电压，功率增益是三种电路中最小的。

共集电极电路放大信号时，输入、输出电流的相位相反，输入、输出电压的相位相同。从图（c）中可看出，信号是从发射极输出，因此常将共集电极电路叫做发射极输出电路，或叫射极跟随电路（简称射随器）。

2 共发射极电路的放大系数

2.1 共发射极电路的直流电流放大系数

2.2 共发射极电路的交流电流放大系数

3 共基极电路的放大系数

3.1 共基极电路的直流电流放大系数

3.2 共基极电路的交流电流放大系数

3.3 共基极电路的交流电压放大系数

4 共集电极电路的放大系数

4.1 共集电极电路的直流电流放大系数

4.2 共集电极电路的交流电流放大系数

4.3 共集电极电路的交流电压放大系数

5 三种放大电路性能比较

5.1 三极管放大电路的功率增益

5.2 三种放大电路的性能综述

6 三极管的放大系数及其分挡

常说的三极管放大倍数，是指共发射极的直流放大系数β，是用万用表 hFE 测得的数据。实际中，有些三极管的外表标出了放大倍数，可以直接选用。有些三极管没有标出放大倍数，需用万用表测量，才可选用。

6.1 中国三极管放大倍数的标记方法

6.2 国外三极管放大倍数的标记方法

国外三极管常在型号后面加注后缀字母来代表放大倍数，见表。如图 中SS9013 型（简记为S9013 型或9013 型）三极管后面印有一个H字，表示它的放大倍数为144～202。

三极管的主要参数及其意义

1 电流参数

1.1 c极最大允许电流(IcM)

三极管集电极（c极）最大允许电流是指三极管各项参数变化不超过允许值时导通的最大电流，简称c极最大允许电流，是三极管的一项极限参数，常用IcM表示。

1.2 集电结反向饱和电流(Icbo)

集电结反向饱和电流也称集电结反向截止电流，它指e极断开，c、b极加规定反向电压Ucb时，流过c–b结的反向电流，用Icbo表示。

Icbo是一项标志三极管集电结质量的参数，Icbo越小，三极管质量越好。一般同种材料高频管的Icbo比低频管的Icbo小，硅管的Icbo比锗管的Icbo小。在室温下，小功率锗管的Icbo约为10μA，小功率硅管的 Icbo小于1μA，大功率锗管的 Icbo在几毫安至十毫安之间，硅管的Icbo只有相同功率锗管Icbo的百分之几。

1.3 c–e极穿透电流（Iceo）

c–e穿透电流，是指b极断开，c、e极加规定电压 Uce时，c–e极间导通的电流，简称穿透电流，也称c极反向电流或c–e极截止电流，常用Iceo表示。

1.4 发射结反向饱和电流(Iebo)

发射结反向饱和电流也称发射结反向截止电流，它指三极管c极断路，发射结加规定反向电压 Ube时，流过发射结的反向电流，常用 Iebo表示。

2 电压参数

2.1 发射结反向击穿电压(U(BR)ebo)

发射结反向击穿电压，是指三极管c极断开，发射结反向击穿时，e、b极加的反向电压，常用U（BR）ebo表示。当反向电压高到一定值时，发射结就被击穿损坏。

2.2 集电结反向击穿电压(U(BR)cbo)

三极管集电结反向击穿电压，是指e极断开，使集电结反向击穿时，集电结加的反向电压，常用U（BR）cbo表示。

2.3 c–e极击穿电压(U(BR)ceo)

在三极管c–e极的电压 Uce不太高时，一般能够承受，但当 Uce高到一定值时，Ic（或 Ie）会急剧增大而烧毁，这种现象叫击穿，能使c–e极击穿的电压就叫做三极管c–e极反向击穿电压，用 U（BR）ceo 表示。

3. 频率参数

共发射极截止频率

共发射极特征频率

共基极截止频率

最高振荡频率

4 其他参数

集电极最大允许耗散功率

集电结电容

温度对三极管参数的影响

三极管所有参数几乎都与温度有关，温度过高，参数随着改变，导致三极管放大器工作状态发生质变。因此，了解参数随温度变化的规律，并在应用中设法克服不良影响，这是十分重要的。例如，温度升高到一定程度时，c极电流会很快增大，并烧毁三极管，如果给三极管加一块散热片，使产生的热量更多地散发开，在一定程度上就能保证三极管不因温度过高而烧毁。

下面介绍受温度影响最大的三项参数。

1.温度对c极反向电流的影响

c极反向电流 Icbo 是集电区少数载流子形成的，其值会随温度升高按指数规律急剧增大。一般来讲，锗管温度每升高10℃，Icbo就增加一倍；硅管温度每升高12℃，Icbo就增加一倍。但事实上，硅管的 Icbo 数值比锗管小得多，优质硅管（如3DG6）的 Icbo 可以达到10nA[插图]，所以硅管应用时Icbo并不是主要问题。在共发射极电路中，温度影响Icbo增大，又会引起穿透电流Iceo也增大。

2.温度对电流放大系数的影响

三极管电流放大系数 β 也随温度升高而增大。例如，当3DG4 型三极管的温度从15℃升高到45℃时，其β值大约会增加30%。其本质就是在相同Ib条件下，温度升高将使c极电流Ic增大。

3.温度对发射结正向电压的影响

温度升高时，会影响发射结正向电压 Ube，使其降低。正常温度（20℃）时，硅管正向压降大约为0.6～0.8V；锗管正向压降大约为0.1～0.3V。