这一章在干嘛?
认识 BJT(三极管):两个背靠背的 PN 结、三种接法(共基 / 共射 / 共集)、两组特性曲线,以及 β 的来历。学完你能看懂三极管数据手册,也会用万用表判断引脚。
3.1 结构:两层三明治
BJT 是「N-P-N」或「P-N-P」三层半导体三明治,对应三个区:发射区 E(掺杂最浓,负责发射载流子)、基区 B(最薄,几微米)、集电区 C(面积最大,负责收集)。
原书图 3.3:pnp 与 npn 两类三极管的结构与表示
两个 PN 结:
发射结(B-E 之间)和集电结(B-C 之间)。放大状态 = 发射结正偏 + 集电结反偏,记住这句话,后面全靠它。
原书图 3.4:给三极管加电:发射结正偏、集电结反偏
3.2 共基组态:α 的舞台
以基极为公共端:输入加在 E-B,输出取自 C-B。电流关系是 IC = α·IE,α 略小于 1(典型 0.98~0.998)——它「放大」的是电压和功率,不是电流。
原书图 3.6:共基组态的记号与符号:pnp 和 npn
原书图 3.8:共基输出特性:I_C 几乎只由 I_E 决定,是个不错的恒流源
3.3 共射组态:β 的天下(最常用)
发射极为公共端,输入走基极。此时 IC = β·IB——基极毫安级的小电流,能控制集电极几百毫安的大电流,β 典型 50~400。
原书图 3.12:共射组态的记号与符号:注意箭头方向区分 npn / pnp
原书图 3.13:共射特性曲线:(a) 输入特性像二极管;(b) 输出特性是一簇水平线
输出特性里有个倒寄生的尾巴:ICEO(基极开路时的漏电流),温度越高越大,是锗管的顽疾。
原书图 3.15:I_CEO 的电路含义:基极开路,C-E 之间仍有漏电流
β
dc
= I
C
/ I
B
β
ac
= ΔI
C
/ ΔI
B
α = β / (β + 1)
原书图 3.16:从输出特性曲线上读出 β:取两条曲线的 ΔI_C 与 ΔI_B 相除
3.4 共集组态:射极跟随器
集电极为公共端,输出从发射极引出——电压增益 ≈ 1(输出「跟随」输入),但电流增益大。常做缓冲级:高阻抗进、低阻抗出。
原书图 3.21:共集组态(射极跟随器)的接法
3.5 工作区:放大 / 饱和 / 截止
输出特性图上,三极管有三个「住处」:
原书图 3.22:线性(放大)区:曲线平坦、间距均匀,Q 点住这里最舒服
| 工作区 | 发射结 | 集电结 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 放大区 | 正偏 | 反偏 | 信号放大 |
| 饱和区 | 正偏 | 正偏 | 开关「闭合」,V_CE ≈ 0.2 V |
| 截止区 | 反偏 / 零偏 | 反偏 | 开关「断开」,I_C ≈ 0 |
3.6 封装、引脚与万用表检测
常见 TO-92 / TO-220 封装面对字面引脚朝下,但不同型号 E-B-C 排列不同,务必查手册:
原书图 3.30:典型三极管的引脚识别方法
数字万用表 hFE 档:
把三极管插进对应 NPN / PNP 插孔,能读出 β 且数值合理 → 管子是好的。用二极管档测:B-E、B-C 应像两个二极管(0.6~0.7 V),C-E 之间应开路。
1. 三极管工作在放大区的偏置条件是什么?
发射结正偏、集电结反偏。对 npn 来说即 V_B > V_E 约 0.7 V,且 V_C 高于 V_B。
2. β 和 α 是什么关系?
α = β / (β+1)。β 是共射电流增益(I_C/I_B),α 是共基电流增益(I_C/I_E)。β=100 时 α≈0.99。
3. 共集组态为什么叫「射极跟随器」?
输出从发射极引出,电压增益接近 1,发射极电压始终「跟随」基极输入变化;它提供的是电流 / 功率增益和阻抗变换。