半導體三極管又稱晶體三極管，簡稱晶體管或三極管，又稱為雙極型三極管(簡稱BJT)。它是由兩個靠得很近、相互影響的PN結構成，具有電流放大作用，是組成放大電路的主要元件。

一、三極管的分類

三極管種類很多，按照工作頻率不同，可分為高頻管、低頻管等；按照功率不同，可分為大功率管、中功率管、小功率管等；按照材料分，有硅管、鍺管等。常見封裝形式有金屬封裝、塑料封裝等。

根據內部結構不同，三極管可分為NPN型和PNP型兩種，圖1-8是三極管的符號。三極管有三個電極，分別為集電極C、基極B和發射極E；基極和發射極之間的PN結叫發射結，集電極和基極之間的PN結叫集電結。

利用數字萬用表的“二極管擋”對三極管的兩個PN結進行簡單的測試，測量方法和二極管相同，由于C、E之間有兩個“背靠背”的PN結，所以C、E的正、反向電阻都很大。

三極管放大必須具備的外部條件是：發射結正偏，集電結反偏，提供偏置電壓的電路叫偏置電路，NPN、PNP的偏置電路如圖1-9所示。

“發射結正偏，集電結反偏”具體到NPN三極管就是：U C >U B >U E ；PNP三極管就是：U C <U B <U E 。

二、三極管的特性曲線

三極管外部各極電流和電壓的關系曲線，稱為三極管的特性曲線。特性曲線全面反映了各極電流與電壓之間的關系，它是分析和計算三極管電路的依據之一。

對于三極管不同的連接方式，有不同的特性曲線，下面討論最常用的共射極接法的輸入特性和輸出特性曲線。

1.輸入特性曲線

當三極管的集電極和發射極之間的電壓U CE 為某一定值時，基極電流I B 與發射結電壓U BE 之間的關系，稱為三極管的輸入特性，通常可利用晶體管特性測試儀測出。圖1-10是硅NPN型三極管的輸入特性曲線。

當U CE =0V(集電極與發射極短路)時，輸入特性與二極管正向伏安特性相似。當U CE 增大時，曲線將向右移，實際上，當U CE 增大到一定值(例如2V)以后，曲線變化不大，幾乎重疊在一起。

由圖1-10可以看出，三極管的輸入特性曲線與二極管的正向特性相似，也有一段死區電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.1～0.2V。在正常工作時，硅管的發射結電壓約為0.6～0.7V，鍺管約為0.2～0.3V(PNP型管均取負值)。

2.輸出特性

當三極管的基極電流I B 為某一定值時，集電極電壓U CE 和集電極電流I C 之間的關系，稱為三極管的輸出特性。對應于I B 的每一個確定值均有一條輸出特性曲線，如圖1-11所示。

從圖中觀察三極管的工作狀態可分為三個區域，現分別討論如下。

1)截止區

I B ≤0的區域稱為截止區,這時I C ≈0。為了使三極管截止，常在發射結上加反向電壓，這樣三極管截止時，發射結和集電結均反偏。

2)放大區

在圖1-11中曲線平坦區域，I B 的微小變化引起I C 很大的變化，且I C 的變化基本上與U CE 無關，I C 只受I B 控制——電流控制電流源，因此把這一區域稱為放大區。三極管工作在放大區時，發射結正偏，集電結反偏。

3)飽和區

曲線靠近縱軸的區域是飽和區。此時發射結與集電結均處于正向偏置。這時的I C 已不再隨I B 增大而增大,即不受I B 的控制，三極管失去了電流放大作用。飽和時,集電極與發射極之間的壓降稱為飽和壓降U CES ，其值很小。

當三極管工作在飽和區時，如略去U CES ，集電極與發射極之間可以認為近似“短路”，如同一個閉合的開關；當三極管工作在截止區時，如略去很小的I C ，集電極與發射極之間可以認為近似“開路”，如同一個斷開的開關。因此，三極管工作在飽和區、截止區時，通常稱三極管工作在“開關”狀態。

三、三極管的主要參數及其溫度影響

1.三極管的主要參數

1)共射極直流電流放大系數

三極管在共射極接法時，集電極的直流電流I C 與基極直流電流I B 的比值，就定義為三極管的共射極電流放大系數 或h FE )。

(1-2)

2)共射極交流電流放大系數β

當有信號輸入時，三極管處于動態工作狀態，此時I B 、I C 將發生變化。當集電極電壓U CE 一定時，集電極電流的變化量與基極電流變化量的比值，稱為交流電流放大系數，用β或h fe 表示。

(1-3)

在三極管正常工作時 因此，可利用這種近似關系進行計算。

3)極間反向電流

(1)I CBO 指發射極開路時，集電極—基極間的反向飽和電流。

(2)I CEO 指基極開路時，集電極—發射極之間的穿透電流，且有

(1-4)

選用三極管時，一般希望極間反向電流越小越好，以減少溫度的影響，硅管的反向電流比鍺管小2～3個數量級，所以在要求較高的場合常選用硅管。

4)極限參數

(1)集電極最大允許電流I CM 。當I C 超過某一數值后，β值將明顯下降，此時I C 的值即為集電極最大允許電流I CM 。

(2)集電極最大允許耗散功率P CM 。P CM 與三極管的工作溫度和散熱條件有關，三極管不能超溫使用。在使用中集電極的平均功耗不得超過P CM 。

(3)反向擊穿電壓。集電極開路時，發射結的反向擊穿電壓為U (BR)EBO ；發射極開路時，集電結的反向擊穿電壓為U (BR)CBO ；基極開路時，集—射極之間的反向擊穿電壓為U (BR)CEO 。

通常，三極管的U (BR)EBO 較小，只有幾伏，有的甚至不到1V，U (BR)CBO 是集電結所允許加的最高反向電壓，一般為幾十伏，有的可達幾百伏甚至上千伏；U (BR)CEO 一般為幾伏至上千伏。

為了保證三極管能安全、可靠地工作，其有關電壓、電流值不能超出極限參數，否則將極易導致三極管的損壞或性能的劣化。圖1-11中表示出了由I CM 、U (BR)CEO 及P CM 限定的范圍，也就是三極管的安全工作區。

2.溫度對三極管參數的影響

溫度對三極管參數β、I CBO 、U BE 有較大影響。

(1)溫度每升高1℃，β值增大0.5%～1%。

(2)溫度每升高10℃，I CBO 約增加1倍。

(3)溫度每升高1℃ 下降(負的溫度系數)約2～2.5mV。

常用半導體三極管的參數見表1-3。

四、復合管

為了提高電流增益(一般到1000以上)，將兩個或兩個以上的三極管連接起來，電流逐級放大，組合成一個等效的管子，并封裝在一起稱為復合管，又稱達林頓管，常用的達林頓管有：TIP122(NPN)、TIP112(PNP)等。復合管也可以由分立的三極管適當地連接而成，幾種接法及其等效管如圖1-12所示。

復合管的電流放大系數近似等于構成它的兩只三極管的電流放大系數的乘積，即

(1-5)

復合管多用于要求輸出電流大，而驅動電流又較小的場合，將多個達林頓管封裝在一起，稱為達林頓陣列，如ULN2803內部有8個達林頓管，所有發射極接在一起(共發射極)，它一般工作在開關狀態(飽和、截止)。ULN2803的符號及輸出(集電極)的內部結構如圖1-13所示。

每一個集電極到電源(U CC )都接有一個二極管，接感性負載起“續流”作用，以保護達林頓管，防止達林頓管由飽和到截止時，感性負載產生的反電勢造成擊穿，如接電阻性負載，電源(U CC )端子可以不接(懸空)。

五、光電三極管及光電耦合器

1.光電三極管

光電三極管，又稱為光敏三極管，其符號如圖1-14(a)所示，它是一個光(可見光或紅外光)控電流源，它比光電二極管的靈敏度高得多。

2.光電耦合器

圖1-14(b)是由發光二極管和光電三極管(也有達林頓管結構)封裝在一起構成的光電耦合器(簡稱光耦)，也是一個電流控制的電流源，它先是通過發光二極管將電流轉換成光(一般是紅外光)，再由光電三極管轉換成電流，發光二極管和光電三極管的信號(即電流)是通過光來耦合的——光電耦合器，有光電隔離作用，光電耦合隔離的隔離電壓可達2500～5000V。它廣泛用于智能數字控制系統的接口電路。

常用達林頓管輸出的光電耦合器的參數見表1-4。

參數說明：

內含光耦組數：內部有幾組光電耦合器。

電流傳輸系數：光電三極管I C 與發光二極管I F 的比值(用百分數表示 是電流傳輸系數的測試條件。

管壓降：光電三極管C—E之間的電壓降 是管壓降的測試條件，使用時不得超過管壓降的最大值，否則光電三極管會因功耗過大而燒壞。

工作電壓：光電三極管C—E之間的最高電壓。

隔離電壓：光電三極管與發光二極管的隔離電壓。