第五节 晶体管

晶体管是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。它是由两个 PN 结构成的带三个电极的半导体器件，在电路中主要作为放大和开关元件使用。

1.晶体管的图形符号和外形

晶体管基本结构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN结。两个 PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。排列方式有PNP和NPN两种。从三个区引出相应的电极，分别为基极b、发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。硅晶体管和锗晶体管都有PNP型和NPN型两种类型。晶体管的结构和符号如图1-82所示。

2.晶体管应用电路及特性

1）电路连接

晶体管应用电路如图1-83所示，用直流电流表分别测量晶体管的基极电流I_B、集电极电流I_C和发射极电流I_E，将测量结果填入表1-11中。

2）电路分析

晶体管各电极电流分配关系为

I_E=I_B+I_C

共发射极直流放大系数

共发射极交流放大系数

穿透电流I_CEO很小且不受I_B的控制，但受温度的影响较大。

晶体管电流放大作用：晶体管基极电流 I_B的微小变化（ΔI_B）能够引起集电极电流 I_C的显著变化（ΔI_C），即小电流可以控制大电流。

3）晶体管特性曲线

晶体管的输入特性曲线是反映晶体管输入回路电压与电流关系的曲线，指 U_CE为某一定值时，基极电流i_B与发射结电压u_BE之间的关系曲线，如图1-84所示。

4）晶体管输出特性曲线

输出特性曲线是反映晶体管输出回路电压与电流关系的曲线，在基极电流I_B为一常量的情况下，集电极电流i_C与管压降u_CE之间的关系曲线，如图1-85所示。

① 截止区。截止区是指 I_B=0 曲线以下的区域。此时，晶体管发射结反偏或零偏，集电结反偏。

② 放大区。放大区是指一簇与横轴平行的曲线，且各曲线距离近似相等的区域称为放大区。此时，晶体管处于放大状态。它是晶体管发射结正偏、集电结反偏时的工作区域。

a.电流受控。I_C受I_B控制，具有电流放大作用，即Δi_C=βΔi_B。

b.恒流特性，只要I_B一定，i_C基本不随u_CE变化而变化。

③ 饱和区。u_CE较小的区域称为饱和区。此时，晶体管处于饱和状态，晶体管的发射结和集电结都处于正偏，I_C已不再受I_B控制。饱和电压降是U_CES，小功率硅管约为0.2V，锗管约为0.1V。

晶体管工作有饱和区与截止区时，具有“开关”特性，广泛应用在数字电路中；晶体管工作在放大区时，具有“放大”特性，广泛应用在模拟电路中。

3.晶体管的分类

按材料分：有锗晶体管、硅晶体管。

按导电类型分：NPN型晶体管、PNP型晶体管。

按制作工艺分：平面型晶体管、合金型晶体管、扩散型晶体管。

按封装方式分：金属封装晶体管、塑料封装晶体管。

按功率分：小功率晶体管、中功率晶体管、大功率晶体管。

按工作频率分：低频晶体管、高频晶体管、超高频晶体管。

按用途分：普通放大晶体管、开关晶体管、特殊晶体管。

图1-86（a）、图1-86（b）为小功率晶体管。低频小功率晶体管一般用于小信号放大。高频小功率晶体管主要用于高频振荡、放大电路。

图1-86（c）、图1-86（d）为大功率晶体管。低频大功率晶体管主要应用于电子音响设备的低频功率放大电路和各种大电流输出稳压电源中，作为调整管。高频大功率晶体管主要用于通信等设备中，起功率驱动、放大作用。

按封装方式分，图 1-86（a）、图1-86（c）为塑料封装晶体管，图 1-86（b）、图1-86 （d）为金属封装晶体管。

常见特殊晶体管见表1-12。

4.识别晶体管的引脚

（1）小功率金属封装晶体管，如图1-87所示。

（2）小功率塑料封装晶体管，如图1-88所示。

（3）大功率金属封装晶体管，如图1-89所示。

（4）大功率塑料封装晶体管，如图1-90所示。

5.判别晶体管的类型和引脚

（1）选择量程。把万用表置于×100Ω挡或×1kΩ挡。

（2）欧姆调零。调整欧姆调零旋钮至零刻度线。

（3）检测类型和基极。任意假定晶体管的一个电极是基极 b，用黑表笔连接，用红表笔分别与另外两极连接。当出现两次电阻都很小时，则黑表笔所接的就是基极，且管型为NPN型。当出现两次电阻都很大时，则管型为PNP型，如图1-91所示。

（4）检测发射极和集电极。当基极b 确定后，可接着判断发射极e 和集电极c。若是NPN型管，将两表笔与待测的两极相连，然后用手指捏紧基极和黑表笔，观察指针摆动的幅度，再将黑、红表笔对调，重复上述测量过程，比较两次指针摆动幅度，幅度摆动大的这次红表笔接的是发射极 e，黑表笔接的是集电极 c。若是 PNP 型管，只要在上述方法中红、黑表笔对调即可，如图1-92所示。

6.判别晶体管质量

1）检测集电结和发射结的正、反向电阻

① 选择量程。把万用表置于×100Ω挡或×1kΩ挡。

② 欧姆调零。调整欧姆调零旋钮为零刻度线。

③ 检测NPN型晶体管的集电极和基极之间的正、反向电阻，如图1-93所示。

④ 检测NPN型晶体管的发射极和基极之间的正、反向电阻，如图1-94所示。

正常时，集电结和发射结正向电阻都比较小，约为几百欧至几千欧；反向电阻都很大，为几百千欧至无穷大。

2）检测集电极与发射极之间电阻

① 选择量程。

② 欧姆调零。

③ 对于NPN型晶体管，红表笔接集电极，黑表笔接发射极测一次电阻，如图1-95（a）所示。互换表笔再测一次电阻，如图 1-95（b）所示。正常时，两次电阻阻值比较接近，约为几百千欧至无穷大。

对于PNP型晶体管，红表笔接集电极，黑表笔接发射极测一次电阻，正常为十几千欧至几百千欧；互换表笔再测一次电阻，与正向电阻值相近。

3）判断质量

如果晶体管任意一个 PN 结的正、反向电阻不正常，或集电极和发射极之间的正、反向电阻不正常，说明晶体管已损坏。如发射结的正、反向电阻阻值均为无穷大，说明发射结开路；集电极与发射极之间的电阻阻值为0，说明集电极与发射极之间击穿短路。

7.晶体管的选用

1）认识晶体管的型号

晶体管的型号命名通常由5部分组成（见图1-96）。

2）选择晶体管的类型

① 根据电路工作频率确定选用低频管或高频管。

② 尽量选用低噪声的硅管，考虑晶体管工作的安全性。

③ 大功率晶体管在使用时，因功耗较大，应按要求加装一定规格尺寸的散热片。

3）选择晶体管的主要参数

① 直流电流放大倍数（h_FE）是指无交流信号输出时，共发射极电路输出的集电极直流电流I_C与基极输入的直流电流I_B的比值，即。

② 集-基极反向饱和电流I_CBO是指在发射极开路（I_E=0），集电极与基极间加上规定的反向电压时的漏电电流。

③ 集-射极反向饱和电流 I_CEO，也称穿透电流，是指基极开路时，集电极与发射极之间加上规定的反向电压时，集电极的漏电电流。

④ 交流电流放大倍数β（h_fe）是指在有信号输入的情况下，共发射极电路集电极电流的变化量ΔI_C与基极电流变化量ΔI_B的比值，即。

⑤ 集电极最大允许电流I_CM。一般规定晶体管电流放大系数β下降到额定值的2/3时的集电极电流，称为集电极最大允许电流。

⑥ 集-射极反向击穿电压 U_BR（CEO）。当基极开路时，集电极与发射极间允许加的最高电压为U_BR（CEO）。

⑦ 集电极最大允许耗散功率P_CM。规定晶体管集电极温度升高到集电结临界烧毁所消耗的功率，称集电极最大耗散功率。

4）晶体管代换原则

晶体管的代换应遵守两大基本原则：类别相同，特性相近。

原则上要原型号代换，即PNP管换PNP管，NPN管换NPN管及锗管换锗管，硅管换硅管。极限参数高的晶体管可以代替较低的晶体管，性能好的晶体管可以代替性能差的晶体管。