第四节 三极管
半导体三极管常简称为三极管或者晶体管，电路中的很多元件都是为三极管服务的，它内部含有两个PN结，外部有3个引脚，分别为基极（用字母b或B表示）、集电极（用字母c或C表示）、发射极（用字母e或E表示）。基极是控制引脚，基极电流的大小可以控制集电极和发射极电流的大小，且基极的电流远小于集电极电流和发射极电流。因此，三极管的主要功能就是放大电信号。不过在电子电路中，三极管的作用不仅局限于放大，还可以用于信号开关、控制、处理等多种用途。
图1-4-1是常用的90**系列小功率三极管外观和引脚排列示意图。
图1-4-1 90**系列小功率三极管外观和引脚排列示意图
三极管按极性可分为NPN和PNP两类。电路图形符号分别如图1-4-2和图1-4-3所示，用字母VT来表示。从图中可以看出，发射极标有小箭头，指示出发射极电流的方向，用于区别NPN和PNP型三极管。NPN型三极管发射极箭头指向外部，PNP型三极管发射极箭头指向内部。
图1-4-2 NPN型三极管电路图形符号
图1-4-3 PNP型三极管电路图形符号
三极管各极的电流分别是：基极电流，用IB表示；集电极电流，用IC表示；发射极电流，用IE表示。NPN型管和PNP型管的电流流经方向分别如图1-4-4、图1-4-5所示。它们之间的关系是：
IC=βIB，IE=IB+IC
图1-4-4 NPN型三极管各电极电流关系
图1-4-5 PNP型三极管各电极电流关系
其中，β是三极管电流的放电倍数。从上面公式可以看出，集电极电流是基极电流的β倍。三个极的电流中，IE最大，IC其次，IB最小，IE和IC相差不大，且远比IB大的多。三极管的放大作用就是将基极的输入电流IB的变化规律转换成IC、IE的变化，所以三极管具有电流放大作用。
NPN型和PNP型三极管可以用硅材料制造，也可以用锗材料制造。市面上，NPN型三极管多为硅管，PNP型三极管多为锗管。
三极管共有3种工作状态，分别是截止状态、放大状态、饱和状态，用于不同目的的三极管的工作状态不同。
①截止状态：IB=0或者非常小，同时IC和IE也为0，或者非常小，集电极与发射极之间的内阻很大，三极管相当于开路，利用这个特征可以判断三极管已经处于截止状态，相当于开关中的“关”状态。
②放大状态：IC=βIB，IE=(1+β)IB，IB从0逐渐增大，IC也按照一定比例增大，三极管起放大作用，微小的IB变化可以引起IC较大幅度的变化。基极电流能够有效控制集电极电流和发射极电流。集电极与发射极之间的内阻受基极电流的控制。电流放大倍数β值的大小基本不变，有一个基极电流就有一个与之相对应的集电极电流，这也是三极管进入放大状态的一个特征。
③饱和状态：三极管在放大状态的基础上，如果基极电流进一步增大很多，三极管就将进入饱和状态，基极电流已经没法控制集电极电流和发射极电流的大小，集电极与发射极之间的内阻很小，这时三极管的电流放大倍数β值要下降很多，饱和越深其β值越小，甚至能到小于1的程度，此时三极管没有放大能力，相当于开关中的“开”状态。
在三极管开关电路中，三极管从截止状态迅速通过放大状态而进入饱和状态，或者从饱和状态迅速转为截止状态，不停留在放大状态。
我们的实验采用的是90**系列的小功率三极管，实物外形如图1-4-6所示。有9011～9018等多种型号，每个型号均有对应的适用用途，除此之外，常见的还有8550（PNP）和8050（NPN）两种型号，它们的输出驱动功率更大一些。几种三极管的主要参数可参见表1-4-1所示，它们均采用TO-92塑料封装。由于这个系列的管子基本上涵盖了小功率三极管的常用用途，因此得到了广泛应用。目前，国内元件厂家也在大量生产，继续延用了90**系列三极管的名称。前缀有字母“C”、“S”等，后缀字母一般用于表示放大倍数，常见的有“C”、“H”等，每个具体型号后缀字母均对应一个放大倍数范围。即使相同后缀字母，但不同型号的管子，对应的放大倍数范围也不同，需查阅相关资料确定。
图1-4-6 9013型三极管实物外观
表1-4-1 几种三极管基本参数
这些三极管得到了非常广泛的应用，在很多电气设备中都能看到它们的身影。本书的实验涉及9012（PNP）、9013（NPN）、9014（NPN）、9018（NPN）共4种型号，其中9012、9013适用于工作频率较低的开关、放大电路。9014适用于需要低噪音的电路，例如话筒前级放大电路等，它的放大倍数一般也较高。9018适用于高频振荡电路，例如无线话筒的高频振荡、高频输出等场合。
需要说明一点的是，绝大多数厂家生产的90**系列三极管引脚排列如图1-4-1所示，也就是将三极管印有型号的平面朝向自己，从左至右，引脚分别是E、B、C，即中间引脚是B极。还有很多型号的三极管，包括同样是TO-92封装的小功率三极管，引脚排列顺序与90**系列并不一致，比较常见的顺序是E、C、B，中间引脚是C极。因此，同样外观的三极管，引脚排列顺序并不一定相同。具体到某种型号的三极管，引脚排列顺序最好查阅相关资料，或者通过实测来确定。
三极管的测量可以使用数字万用表二极管挡来测试。
1．NPN型三极管的测量
可参考图1-4-7所示的步骤，需要测量4次。
图1-4-7 NPN型小功率三极管的测量
①红表笔接B极，黑表笔接C极，数字万用表应显示600～800的数值。
②红表笔接B极，黑表笔接E极，数字万用表应显示600～800的数值。
③黑表笔接B极，红表笔接C极，数字万用表应无数值显示。
④黑表笔接B极，红表笔接E极，数字万用表应无数值显示。
以上测量结果表明，NPN三极管完好。
2．PNP型三极管的测量
可参考图1-4-8所示的步骤，同样需要测量4次。
图1-4-8 PNP型小功率三极管的测量
①黑表笔接B极，红表笔接C极，数字万用表应显示600～800的数值。
②黑表笔接B极，红表笔接E极，数字万用表应显示600～800的数值。
③红表笔接B极，黑表笔接C极，数字万用表应无数值显示。
④红表笔接B极，黑表笔接E极，数字万用表应无数值显示。
以上测量结果表明，NPN三极管完好。