第五節 晶體管

晶體管是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。它是由兩個 PN 結構成的帶三個電極的半導體器件，在電路中主要作為放大和開關元件使用。

1.晶體管的圖形符號和外形

晶體管基本結構是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的 PN結。兩個 PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區。排列方式有PNP和NPN兩種。從三個區引出相應的電極，分別為基極b、發射極e和集電極c。發射區和基區之間的PN結叫發射結，集電區和基區之間的PN結叫集電極。硅晶體管和鍺晶體管都有PNP型和NPN型兩種類型。晶體管的結構和符號如圖1-82所示。

2.晶體管應用電路及特性

1）電路連接

晶體管應用電路如圖1-83所示，用直流電流表分別測量晶體管的基極電流I_B、集電極電流I_C和發射極電流I_E，將測量結果填入表1-11中。

2）電路分析

晶體管各電極電流分配關系為

I_E=I_B+I_C

共發射極直流放大系數

共發射極交流放大系數

穿透電流I_CEO很小且不受I_B的控制，但受溫度的影響較大。

晶體管電流放大作用：晶體管基極電流 I_B的微小變化（ΔI_B）能夠引起集電極電流 I_C的顯著變化（ΔI_C），即小電流可以控制大電流。

3）晶體管特性曲線

晶體管的輸入特性曲線是反映晶體管輸入回路電壓與電流關系的曲線，指 U_CE為某一定值時，基極電流i_B與發射結電壓u_BE之間的關系曲線，如圖1-84所示。

4）晶體管輸出特性曲線

輸出特性曲線是反映晶體管輸出回路電壓與電流關系的曲線，在基極電流I_B為一常量的情況下，集電極電流i_C與管壓降u_CE之間的關系曲線，如圖1-85所示。

① 截止區。截止區是指 I_B=0 曲線以下的區域。此時，晶體管發射結反偏或零偏，集電結反偏。

② 放大區。放大區是指一簇與橫軸平行的曲線，且各曲線距離近似相等的區域稱為放大區。此時，晶體管處于放大狀態。它是晶體管發射結正偏、集電結反偏時的工作區域。

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

b.恒流特性，只要I_B一定，i_C基本不隨u_CE變化而變化。

③ 飽和區。u_CE較小的區域稱為飽和區。此時，晶體管處于飽和狀態，晶體管的發射結和集電結都處于正偏，I_C已不再受I_B控制。飽和電壓降是U_CES，小功率硅管約為0.2V，鍺管約為0.1V。

晶體管工作有飽和區與截止區時，具有“開關”特性，廣泛應用在數字電路中；晶體管工作在放大區時，具有“放大”特性，廣泛應用在模擬電路中。

3.晶體管的分類

按材料分：有鍺晶體管、硅晶體管。

按導電類型分：NPN型晶體管、PNP型晶體管。

按制作工藝分：平面型晶體管、合金型晶體管、擴散型晶體管。

按封裝方式分：金屬封裝晶體管、塑料封裝晶體管。

按功率分：小功率晶體管、中功率晶體管、大功率晶體管。

按工作頻率分：低頻晶體管、高頻晶體管、超高頻晶體管。

按用途分：普通放大晶體管、開關晶體管、特殊晶體管。

圖1-86（a）、圖1-86（b）為小功率晶體管。低頻小功率晶體管一般用于小信號放大。高頻小功率晶體管主要用于高頻振蕩、放大電路。

圖1-86（c）、圖1-86（d）為大功率晶體管。低頻大功率晶體管主要應用于電子音響設備的低頻功率放大電路和各種大電流輸出穩壓電源中，作為調整管。高頻大功率晶體管主要用于通信等設備中，起功率驅動、放大作用。

按封裝方式分，圖 1-86（a）、圖1-86（c）為塑料封裝晶體管，圖 1-86（b）、圖1-86 （d）為金屬封裝晶體管。

常見特殊晶體管見表1-12。

4.識別晶體管的引腳

（1）小功率金屬封裝晶體管，如圖1-87所示。

（2）小功率塑料封裝晶體管，如圖1-88所示。

（3）大功率金屬封裝晶體管，如圖1-89所示。

（4）大功率塑料封裝晶體管，如圖1-90所示。

5.判別晶體管的類型和引腳

（1）選擇量程。把萬用表置于×100Ω擋或×1kΩ擋。

（2）歐姆調零。調整歐姆調零旋鈕至零刻度線。

（3）檢測類型和基極。任意假定晶體管的一個電極是基極 b，用黑表筆連接，用紅表筆分別與另外兩極連接。當出現兩次電阻都很小時，則黑表筆所接的就是基極，且管型為NPN型。當出現兩次電阻都很大時，則管型為PNP型，如圖1-91所示。

（4）檢測發射極和集電極。當基極b 確定后，可接著判斷發射極e 和集電極c。若是NPN型管，將兩表筆與待測的兩極相連，然后用手指捏緊基極和黑表筆，觀察指針擺動的幅度，再將黑、紅表筆對調，重復上述測量過程，比較兩次指針擺動幅度，幅度擺動大的這次紅表筆接的是發射極 e，黑表筆接的是集電極 c。若是 PNP 型管，只要在上述方法中紅、黑表筆對調即可，如圖1-92所示。

6.判別晶體管質量

1）檢測集電結和發射結的正、反向電阻

① 選擇量程。把萬用表置于×100Ω擋或×1kΩ擋。

② 歐姆調零。調整歐姆調零旋鈕為零刻度線。

③ 檢測NPN型晶體管的集電極和基極之間的正、反向電阻，如圖1-93所示。

④ 檢測NPN型晶體管的發射極和基極之間的正、反向電阻，如圖1-94所示。

正常時，集電結和發射結正向電阻都比較小，約為幾百歐至幾千歐；反向電阻都很大，為幾百千歐至無窮大。

2）檢測集電極與發射極之間電阻

① 選擇量程。

② 歐姆調零。

③ 對于NPN型晶體管，紅表筆接集電極，黑表筆接發射極測一次電阻，如圖1-95（a）所示?；Q表筆再測一次電阻，如圖 1-95（b）所示。正常時，兩次電阻阻值比較接近，約為幾百千歐至無窮大。

對于PNP型晶體管，紅表筆接集電極，黑表筆接發射極測一次電阻，正常為十幾千歐至幾百千歐；互換表筆再測一次電阻，與正向電阻值相近。

3）判斷質量

如果晶體管任意一個 PN 結的正、反向電阻不正常，或集電極和發射極之間的正、反向電阻不正常，說明晶體管已損壞。如發射結的正、反向電阻阻值均為無窮大，說明發射結開路；集電極與發射極之間的電阻阻值為0，說明集電極與發射極之間擊穿短路。

7.晶體管的選用

1）認識晶體管的型號

晶體管的型號命名通常由5部分組成（見圖1-96）。

2）選擇晶體管的類型

① 根據電路工作頻率確定選用低頻管或高頻管。

② 盡量選用低噪聲的硅管，考慮晶體管工作的安全性。

③ 大功率晶體管在使用時，因功耗較大，應按要求加裝一定規格尺寸的散熱片。

3）選擇晶體管的主要參數

① 直流電流放大倍數（h_FE）是指無交流信號輸出時，共發射極電路輸出的集電極直流電流I_C與基極輸入的直流電流I_B的比值，即。

② 集-基極反向飽和電流I_CBO是指在發射極開路（I_E=0），集電極與基極間加上規定的反向電壓時的漏電電流。

③ 集-射極反向飽和電流 I_CEO，也稱穿透電流，是指基極開路時，集電極與發射極之間加上規定的反向電壓時，集電極的漏電電流。

④ 交流電流放大倍數β（h_fe）是指在有信號輸入的情況下，共發射極電路集電極電流的變化量ΔI_C與基極電流變化量ΔI_B的比值，即。

⑤ 集電極最大允許電流I_CM。一般規定晶體管電流放大系數β下降到額定值的2/3時的集電極電流，稱為集電極最大允許電流。

⑥ 集-射極反向擊穿電壓 U_BR（CEO）。當基極開路時，集電極與發射極間允許加的最高電壓為U_BR（CEO）。

⑦ 集電極最大允許耗散功率P_CM。規定晶體管集電極溫度升高到集電結臨界燒毀所消耗的功率，稱集電極最大耗散功率。

4）晶體管代換原則

晶體管的代換應遵守兩大基本原則：類別相同，特性相近。

原則上要原型號代換，即PNP管換PNP管，NPN管換NPN管及鍺管換鍺管，硅管換硅管。極限參數高的晶體管可以代替較低的晶體管，性能好的晶體管可以代替性能差的晶體管。