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三极管

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号， 也用作无触点开关。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。三极管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。

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是负极的意思（代表英文中Negative），N型半导体在高纯度硅中加入磷取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而P是正极的意思（PosiTIve）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。

三极管参数及功率计算

三极管主要参数

一、电流放大系数

1．共发射极电流放大系数

（1）共发射极直流电流放大系数

，它表示三极管在共射极连接时，某工作点处直流电流IC与IB的比值，当忽略ICBO时

（2）共发射极交流电流放大系数β它表示三极管共射极连接、且UCE恒定时，集电极电流变化量ΔIC与基极电流变化量ΔIB之比，即

管子的β值大小时，放大作用差；β值太大时，工作性能不稳定。因此，一般选用β为30～80的管子。

2．共基极电流放大系数

共基极直流电流放大系数它表示三极管在共基极连接时，某工作点处IC 与 IE的比值。在忽略ICBO的情况下

（2）共基极交流电流放大系数α，它表示三极管作共基极连接时，在UCB 恒定的情况下，IC和IE的变化量之比，即：

通常在ICBO很小时，

与β，

与α相差很小，因此，实际使用中经常混用而不加区别。

二、极间反向电流

1．集-基反向饱和电流ICBO

ICBO是指发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时，所对应的反向电流。它是少子的漂移电流。在一定温度下，ICBO 是一个常量。随着温度的升高ICBO将增大，它是三极管工作不稳定的主要因素。在相同环境温度下，硅管的ICBO比锗管的ICBO小得多。

2．穿透电流ICEO

ICEO是指基极开路，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流。ICEO与ICBO的关系为：

ICEO = ICBO＋

ICBO＝（1＋

）ICBO GS0125

该电流好象从集电极直通发射极一样，故称为穿透电流。ICEO和ICBO一样，也是衡量三极管热稳定性的重要参数。

三、频率参数

频率参数是反映三极管电流放大能力与工作频率关系的参数，表征三极管的频率适用范围。

1．共射极截止频率fβ

三极管的β值是频率的函数，中频段β=βo几乎与频率无关，但是随着频率的增高，β值下降。当β值下降到中频段βO1／

倍时，所对应的频率，称为共射极截止频率，用fβ表示。

2．特征频率fT

当三极管的β值下降到β＝1时所对应的频率，称为特征频率。在fβ～fT的范围内，β值与f几乎成线性关系，f越高，β越小，当工作频率f＞fT，时，三极管便失去了放大能力。

四、极限参数

1．最大允许集电极耗散功率PCM

PCM 是指三极管集电结受热而引起晶体管参数的变化不超过所规定的允许值时，集电极耗散的最大功率。当实际功耗Pc大于PCM时，不仅使管子的参数发生变化，甚至还会烧坏管子。PCM可由下式计算：

PCM ＝ICUCE GS0126

当已知管子的PCM 时，利用上式可以在输出特性曲线上画出PCM 曲线。

2．最大允许集电极电流ICM

当IC很大时，β值逐渐下降。一般规定在β值下降到额定值的2／3（或1／2）时所对应的集电极电流为ICM当IC＞ICM时，β值已减小到不实用的程度，且有烧毁管子的可能。

3．反向击穿电压BVCEO与BVCEO

BVCEO是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。

BVCBO是指发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压。一般情况下同一管子的

BVCEO（0.5～0.8）BVCBO 。三极管的反向工作电压应小于击穿电压的（1／2～1／3），以保证管子安全可靠地工作。

三极管的3个极限参数PCM 、ICM、BVCEO和前面讲的临界饱和线 、截止线所包围的区域，便是三极管安全工作的线性放大区。一般作放大用的三极管，均须工作于此区。

三极管的功率计算

晶体管耗散功率也称集电极最大允许耗散功率PCM，是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。硅管的结温允许值大约为150°C，锗管的结温允许值为85°C左右。要保证管子结温不超过允许值,就必须将产生的热散发出去.晶体管在使用时，其实际功耗不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。 通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管，将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管

使用任何器件，都要准确地了解的定义（真正意思）不可顾名思义。Pcm的物理意义是：给出管子的热承受极限能力，由于管子的热损耗主要集中在集电极上，因此专门对它做了规定。这里的Pc是集电极损耗（功耗）的平均值。例如在乙类推挽功放中，单个管子在信号（360度）周期内的功耗平均值。

Pc = Ic × Vc 是基本关系式，给出的只是所谓瞬时功率。而管子资料中给出的极限参数Pcm给出的是平均值。因此关键不在于公式本身，而在于管子的工作状态。对小信号甲类放大而言，仍然用这个关系计算，得到的结论便是就是偏置的量值乘积，此时类似于上述关系（Pc=Ic0 x Vc0）；但对于其它状态就要具体的分析了，例如开关状态下，管子（饱和）导通（所谓的0状态）的时候电流很大，但电压很低；反之，截止状态（逻辑1）时集电极电压比较高，但电流却很小，这样管子上的功率消耗取值就是很低的（两个状态下的功耗的平均值）。一定要注意：电流瞬时值与电压瞬时值乘积（功率）的平均值 可不一定等于 电流平均值与电压平均值的乘积。

选用三极管时应注意的参数性能

一、三极管的类型及材料 

初学者首先必须清楚三极管的类型及材料。常用三极管的类型有NPN型与PNP型两种。由于这两类三极管工作时对电压的极性要求不同，所以它们是不能相互代换的。

三极管的材料有锗材料和硅材料。它们之间最大的差异就是起始电压不一样。锗管PN结的导通电压为0.2V左右，而硅管PN结的导通电压为0.6～0.7V。在放大电路中如果用同类型的锗管代换同类型的硅管，或用同类型的硅管代换同类型的锗管一般是可以的，但都要在基极偏置电压上进行必要的调整，因为它们的起始电压不一样。但在脉冲电路和开关电路中不同材料的三极管是否能互换必须具体分析，不能盲目代换。

二、三极管的主要参数 

选用三极管需要了解三极管的主要参数。若手中有一本晶体管特性手册最好。三极管的参数很多，根据实践经验，我认为主要了解三极管的四个极限参数：ICM、BVCEO、PCM及fT即可满足95%以上的使用需要。

1. ICM是集电极最大允许电流。三极管工作时当它的集电极电流超过一定数值时，它的电流放大系数β将下降。为此规定三极管的电流放大系数β变化不超过允许值时的集电极最大电流称为ICM。所以在使用中当集电极电流IC超过ICM时不至于损坏三极管，但会使β值减小，影响电路的工作性能。

2. BVCEO是三极管基极开路时，集电极-发射极反向击穿电压。如果在使用中加在集电极与发射极之间的电压超过这个数值时，将可能使三极管产生很大的集电极电流，这种现象叫击穿。三极管击穿后会造成永久性损坏或性能下降。

3. PCM是集电极最大允许耗散功率。三极管在工作时，集电极电流在集电结上会产生热量而使三极管发热。若耗散功率过大，三极管将烧坏。在使用中如果三极管在大于PCM下长时间工作，将会损坏三极管。需要注意的是大功率三极管给出的最大允许耗散功率都是在加有一定规格散热器情况下的参数。使用中一定要注意这一点。

4. 特征频率fT。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fT叫作三极管的特征频率。

三、一般小功率三极管的选用 

小功率三极管在电子电路中的应用最多。主要用作小信号的放大、控制或振荡器。选用三极管时首先要搞清楚电子电路的工作频率大概是多少。如中波收音机振荡器的最高频率是2MHz左右；而调频收音机的最高振荡频率为120MHz左右；电视机中VHF频段的最高振荡频率为250MHz左右；UHF频段的最高振荡频率接近1000MHz左右。工程设计中一般要求三极管的fT大于3倍的实际工作频率。所以可按照此要求来选择三极管的特征频率fT。由于硅材料高频三极管的fT一般不低于50MHz，所以在音频电子电路中使用这类管子可不考虑fT这个参数。

小功率三极管BVCEO的选择可以根据电路的电源电压来决定，一般情况下只要三极管的BVCEO大于电路中电源的最高电压即可。当三极管的负载是感性负载时，如变压器、线圈等时BVCEO数值的选择要慎重，感性负载上的感应电压可能达到电源电压的2～8倍(如节能灯中的升压三极管)。一般小功率三极管的BVCEO都不低于15V，所以在无电感元件的低电压电路中也不用考虑这个参数。

一般小功率三极管的ICM在30～50mA之间，对于小信号电路一般可以不予考虑。但对于驱动继电器及推动大功率音箱的管子要认真计算一下。当然首先要了解继电器的吸合电流是多少毫安，以此来确定三极管的ICM。

当我们估算了电路中三极管的工作电流(即集电极电流)，又知道了三极管集电极到发射极之间的电压后，就可根据P=U×I来计算三极管的集电极最大允许耗散功率PCM。 国产及国外生产的小功率三极管的型号极多，它们的参数有一部分是相同的，有一部分是不同的。只要你根据以上分析的使用条件，本着“大能代小”的原则(即BVCEO高的三极管可以代替BVCEO低的三极管；ICM大的三极管可以代替ICM小的三极管等），就可对三极管应用自如了。

四、大功率三极管的选用 

对于大功率三极管，只要不是高频发射电路，我们都不必考虑三极管的特征频率fT。对于三极管的集电极-发射极反向击穿电压BVCEO这个极限参数的考虑与小功率三极管是一样的。对于集电极最大允许电流ICM的选择主要也是根据三极管所带的负载情况而计算的。三极管的集电极最大允许耗散功率PCM是大功率三极管重点考虑的问题，需要注意的是大功率三极管必须有良好的散热器。即使是一只四五十瓦的大功率三极管，在没有散热器时，也只能经受两三瓦的功率耗散。大功率三极管的选择还应留有充分的余量。另外在选择大功率三极管时还要考虑它的安装条件，以决定选择塑封管还是金属封装的管子。 如果你拿到一只三极管又无法查到它的参数，可以根据它的外形来推测一下它的参数。目前小功率三极管最多见的是TO-92封装的塑封管，也有部分是金属壳封装。它们的PCM一般在100～500mW之间，最大的不超过1W。它们的ICM一般在50～500mA之间，最大的不超过1.5A。而其它参数是不好判断的。

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