半导体三极管

    1947年12月23日，美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里，3位科学家——巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱利博士在紧张而又有条不紊地做着实验。他们在导体电路中正在进行用半导体晶体管把声音信号放大的实验。3位科学家惊奇地发现，在他们发明的器件中通过的一部分微量电流，竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流，因而产生了放大效应。这个器件，就是在科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。因它是在圣诞节前夕发明的，而且对人们未来的生活发生如此巨大的影响，所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。另外，这3位科学家因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。
    晶体管促进并带来了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。

    半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。具有三个电极，能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的pn结，组成一个pnp(或npn)结构。中间的n区(或p区)叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极b、发射极e和集电极c。是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。

    晶体三极管的参数可分为直流参数、交流参数、极限参数、特征频率。晶体三极管的参数是使用和选用晶体三极管时的重要依据，为此了解晶体三极管的参数可避免选用或使用不当而引起管子的损坏。
    (1)直流参数。
    1)集电极―基极反向电流I(CBO)。当发射极开路、在集电极和基极间加上规定的反向电压时，集电结中的漏电流就称I(CBO)此值越小表明晶体管的热稳定性越好。一般小功率管约1OμA左右，硅管更小些。
    2)集电极一一发射极反向电流I(CBO)也称穿透电流。它是指基极开路时，在集电极和发射极之间加上规定的反向电压时，集电极的漏电流。此值越小越好。硅管一般较小，约在1μA以下。如果测试中发现此值较大，此管就不易使用。
    (2)极限参数。
    1)集电极允许电流I(CM )   当三极管的β值下降到值的一半时，管子的集电极电流就称集电极允许电流。当管子的集电极电流Ic超过一定值时，将引起晶体管某些参数的变化，最明显的是β值下降。因此，实际应用时Ic要小于I(CM °)
    2)集电极允许耗散功率P(CM)当晶体管工作时，由于集电极要耗散一定的功率而使集电结发热，当温度过高时就会导致参数的变化，甚至烧毁晶体管。为此规定晶体管集电极温度升高到不至于将集电极烧毁所消耗的功率，就成为集电极耗散功率。使用时为提高P(CM)值，可给大功率管子加上散热片，散热片愈大其P(CM)值就提高得越多。
    3)集电极发射极反向击穿电压BU(CEO)当基极开路时，集电极和发射极之间允许加的电压。在实际应用时，加到集电极和发射极之间的电压，一定要小于BU(CEO)，否则将损坏三极管。
    (3)电流放大系数。
    1)直流放大系数β"或用h(FE)表示。它是指无交流信号时，共发射极电路，集电极输出直流I(B)和基极输入直流几的比值。
    即:β=I(c)/I(B)
    β是衡量三极管电流放大能力的一个重要参数，但对于同一个三极管来说，在不同的集电极电流下有不同的β.
    2)交流放大系数β也可用h(FE);表示。这个参数是指有交流信号输人时，在共发射极电路中，集电极电流的变化量△AIc和基极电流的变化量△I(B)的比值。
    即β=△Ic/△I(B)
    以上两个参数分别表明了三极管对直流电流的放大能力和对交流电流的放大能力。但由于这两个参数值近似相等，即β≈β，因此在实际使用时一般不再区分。
    由于生产工艺的原因，即使同一批生产的管子，其β值也是不一样的，为方便实用，厂家有时将尸值标记在三极管上，供使用者选用。
    (4)特征频率品  因为尸值随工作频率的升高而下降，频率越高，β下降的越严重。三极管的特征频率光是指尸值下降到1时的频率值。就是说在这个频率下工作的三极管，已失去放大能力，即f(T)是三极管使用中的极限频率，因此在选用三极管时，一般管子的特征频率品要比电路的1作频率至少高出3倍以上。但不是f(T)越高越好，如果选的太高，就会引起电路的振荡。

    半导体三极管（简称三极管）是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件。它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。电话机中常用的PNP型三极管有：A92、9015等型号；NPN型三极管有：A42、9014、9018、9013、9012等型号。

    晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。　对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
    当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。由于基区很薄，加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic，这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib 式中：β1--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β= △Ic/△Ib。式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

    把微弱信号放大成辐值较大的电信号， 也用作无触点开关。

    半导体三极管的种类很多，分类方法也有多种。下面按用途、频率、功率、材料等进行分类。
    1)按材料和极性分有硅材料的NPN和PNP三极管.锗材料的NPN和PNP三极管。
    2)按用途分有高、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿管、带阻尼的三极管等。
    3)按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。
    4)按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。
    5)按制作工艺分有平面型三极管、合金型三极管、扩散型三极管。
    6)按外形封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、塑料封装三极管等。

    由于三极管的结构和外形特征，它有三个接出来的端点，所以便被形象的命名为三极管。

    截止状态：当加在三极管发射结的电压小于ＰＮ结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。
    放大状态：当加在三极管发射结的电压大于ＰＮ结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔＩｃ／ΔＩｂ，这时三极管处放大状态。
    饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于ＰＮ结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极和发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。
    根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。

    晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔＩｃ／ΔＩｂ的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。