三极管的特性总结及分析（详解三极管结构）

"晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件" 在电子元件家族中，三极管属于半导体主动元件中的分立元件。

广义上，三极管有多种，常见如下图所示。

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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，它有很多别称:

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。

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

核心是“PN”结 是两个背对背的PN结

可以是NPN组合，也或以是PNP组合 由于硅NPN型是当下三极管的主流，以下内容主要以硅NPN型三极管为例！

NPN型三极管结构示意图

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硅NPN型三极管的制造流程

管芯结构切面图

工艺结构特点：

发射区高掺杂：为了便于发射结发射电子，发射区半导体掺浓度高于基区的掺杂浓度，且发射结的面积较小; 基区尺度很薄:3~30μm，掺杂浓度低; 集电结面积大：集电区与发射区为同一性质的掺杂半导体，但集电区的掺杂浓度要低，面积要大，便于收集电子。

三极管不是两个PN结的间单拼凑，两个二极管是组成不了一个三极管的！ 工艺结构在半导体产业相当重要，PN结不同材料成份、尺寸、排布、掺杂浓度和几何结构，能制成各样各样的元件，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

外加电压使发射结正向偏置，集电结反向偏置。

集/基/射电流关系： IE = IB IC IC = β * IB 如果IB= 0,那么IE= IC= 0 三极管特性曲线 输入特性曲线 集-射极电压UCE为某特定值时，基极电流IB与基-射电压UBE的关系曲线。

UBER是三极管启动的临界电压，它会受集射极电压大小的影响，正常工作时，NPN硅管启动电压约为0.6V； UBEUBER时，三极管才会启动； UCE增大，特性曲线右移，但当UCE>1.0V后，特性曲线几乎不再移动。 输出特性曲线 基极电流IB一定时，集极IC与集-射电压UCE之间的关系曲线，是一组曲线。

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。

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。

三极管的放大功能

IC = β * IB （其中β≈ 10~400 ） 例：当基极通电流IB=50μA时,集极电流: IC=βIB=120*50μA=6000μA 微弱变化的电信号通过三极管放大成波幅度很大的电信号，如下图所示：​​​

所以，三极管放大的是信号波幅，三极管并不能放大系统的能量。能放大多少？

哪要看三极管的放大倍数β值了！

首先β由三极管的材料和工艺结构决定： 如硅三极管β值常用范围为：30~200 锗三极管β值常用范围为：30~100 β值越大，漏电流越大，β值过大的三极管性能不稳定。 其次β会受信号频率和电流大小影响： 信号频率在某一范围内，β值接近一常数，当频率越过某一数值后，β值会明显减少。 β值随集电极电流IC的变化而变化，IC为mA级别时β值较小。

一般地，小功率管的放大倍数比大功率管的大。 三极管主要性能参数 三极管性能参数较多，有直流、交流和极限参数之分： 类型 参数项 符号 意义 直流参数 共射直流放大系数 β 无交变信号输入，共射电路集基电流的比值。β=IC/IB 共基直流放大系数 α 无交变信号输入，共基极电路集射的比值。

集-射 反向电流 ICEO 基极开路，集-射极间反向电流，又称漏电流、穿透电流。 集极 反向电流 ICBO 射极开路时，集电结反向电流（漏电流） ICEO=βICBO 交流参数 共射交流放大系数 β 共射电路，集基电流变化量比值：β=ΔIC/ΔIB 共基交流放大系数 α 共基电路，集射电流变化量比值：α=ΔIC/ΔIE 共射截止频率 ƒβ β因频率升高3dB对应的频率 共基截止频率 ƒα α因频率升高而下降3dB对应的频率 特征频率 ƒT 频率升高，β下降到1时对应的频率。

极限参数

集极最大电流 ICM 集极允许通过的最大电流。 集极最大功率 PCM 实际功率过大，三极管会烧坏。集-射极击穿电压 UCEO 基极开路时，集-射极耐电压值。

温度对三极管性能的影响

温度几乎影响三极管所有的参数，其中对以下三个参数影响最大。

（1）对放大倍数β的影响：

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​在基极输入电流IB不变的情况下，集极电流IC会因温度上升而急剧增大。 （2）对反向饱和电流（漏电流）ICEO的影响： ICEO是由少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，ICEO随温度上升会急剧增加。温度上升10℃，ICEO将增加一倍。

虽然常温下硅管的漏电流ICEO很小，但温度升高后，漏电流会高达几百微安以上。 （3）对发射结电压UBE的影响： 温度上升1℃，UBE将下降约2.2mV。

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​温度上升，β、IC将增大，UCE将下降，在电路设计时应考虑采取相应的措施，如远离热源、散热等,克服温度对三极管性能的影响。

三极管的分类

分类角度

种类

说明

从技术工艺

按材料

硅三极管0.6V 锗三极管0.3V 一般地： 锗管为PNP型 硅管为NPN型 按结构 PNP型 NPN型

按制造工艺

平面型

合金型

扩散型

高频管多为扩散型

低频管多为合金型

从性能

按频率

低频管<3MHz 中频管 3~30(MHZ)

高频管30~500 (MHZ)

超高频管 >500MHZ

按功率

小功率PCM <0.5W

中功率0.5

大功率PCM >1w 功率越大体积越大，散热要求越高。

功能

用途

放大管

开关管

高反压管

光电管

带阻尼管

数字管

从封装外形

按封装材料

金属封装

玻璃封装

陶瓷封装

塑料封装

薄膜封装

塑料封装为主流 金属封装成本较高

按封装形式

引线式TO 贴片式SOT 贴片式正逐步取代引线式。

三极管命名标识

不同的国家/地区对三极管型号命名方式不同。还有很多厂家使用自己的命名方式。

中国大陆三极管命名方式

3 D D 12 X 2：二极管 3：三极管 A：PNP锗 B：NPN锗 C：PNP硅 D：NPN硅 X：低频小功率 G：高频小功率 D：低频大功率 A：高频大功率 序号 规格号 例：3DD12X NPN型低频大功率硅三极管

日本三极管型号命名方式

2 S D 13 B 0：光电管 1：二极管 2：三极管 注册标识 A：PNP高频管 B：PNP低频管 C：NPN高频管 D：NPN低频管 电子协会登记顺序 改进型号 例：2SC1895 高频NPN型三极管

美国电子工业协会（EIA）三极管命名方式

JANS 2 N 2904 A JANTX：特军级JANTXV：超特军JANS：宇航级 （无）：非军用品 1：二极管 2：三极管 “n”：n个PN 结元件 EIA注册标识 EIA登记顺序号 不同档别 例：JANS2N2904 宇航级三极管

欧洲三极管命名方式

B C 208 A A：锗管 B：硅管 C：低频小功率 D：低频大功率 F：高频小功率 L：高频大功率 登记顺序号 β的档别 例：BC208A 硅材料低频小功率三极管 三极管封装及管脚排列方式 关于封装： 三极管设计额定功率越大，其体积就越大，又由于封装技术的不断更新发展，所以三极管有多种多样的封装形式。

当前，塑料封装是三极管的主流封装形式，其中“TO”和“SOT”形式封装最为常见。 关于管脚排列： 不同品牌、不同封装的三极管管脚定义不完全一样的，一般地，有以上规律：

规律一：对中大功率三极管，集电极明显较粗大甚至以大面积金属电极相连，多处于基极和发射极之间；

规律二：对贴片三极管，面向标识时，左为基极，右为发射极，集电极在另一边；

基极 — B 集电极 — C 发射极 — E

三极管的选用原则

考虑三极管的性能极限，按“2/3”安全原则选择合适的性能参数。: 集极电流IC: IC < 2 / 3 * ICM ICM集极最大允许电流 当 IC>ICM时，三极管β值减小，失去放大功能。 集极功率PW: PW < 2 / 3 * PCM PCM集极最大允许功率。 当PW> PCM三极管将烧坏。 集-射反向电压UCE: UCE < 2 / 3 * UBVCEO UBVCEO基极开路时,集-射反向击穿电压 集/射极间电压UCE>UBVCEO时，三极管产生很大的集电极电流击穿,造成永久性损坏。

工作频率ƒ： ƒ = 15% * ƒT ƒT —特征频率

随着工作频率的升高，三极管的放大能力将会下降，对应于β=1时的频率ƒT叫作三极管的特征频率。 此外，还应考虑体积成本，优先选用贴片式三极管。

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