7.1 普通晶体管

7.1.1 外形与符号

晶体管是一种具有放大功能的半导体器件。图7-1a是一些常见的晶体管实物外形，晶体管的电路符号如图7-1b所示。

7.1.2 结构

晶体管有PNP型和NPN型两种。PNP型晶体管的构成如图7-2所示。

将两个P型半导体和一个N型半导体按图7-2a所示的方式结合在一起，两个P型半导体中的正电荷会向中间的N型半导体中移动，N型半导体中的负电荷会向两个P型半导体移动，结果在P、N型半导体的交界处形成PN结，如图7-2b所示。

在两个P型半导体和一个N型半导体上通过连接导体各引出一个电极，然后封装起来就构成了晶体管。晶体管三个电极分别称为集电极（用c或C表示）、基极（用b或B表示）和发射极（用e或E表示）。PNP型晶体管的电路符号如图7-2c所示。

晶体管内部有两个PN结，其中基极和发射极之间的PN结称为发射结，基极与集电极之间的PN结称为集电结。两个PN结将晶体管内部分作三个区，与发射极相连的区称为发射区，与基极相连的区称为基区，与集电极相连的区称为集电区。发射区的半导体掺入杂质多，故有大量的电荷，便于发射电荷；集电区掺入的杂质少且面积大，便于收集发射区送来的电荷；基区处于两者之间，发射区流向集电区的电荷要经过基区，故基区可控制发射区流向集电区电荷的数量，基区就像设在发射区与集电区之间的关卡。

NPN型晶体管的构成与PNP型晶体管类似，它是由两个N型半导体和一个P型半导体构成的。具体如图7-3所示。

7.1.3 电流、电压规律

晶体管是无法单独正常工作的，在电路中需要为晶体管各极提供电压，让它内部有电流流过，这样的晶体管才具有放大能力。为晶体管各极提供电压的电路称为偏置电路。

1. PNP型晶体管的电流、电压规律

图7-4a为PNP型晶体管的偏置电路，从图7-4b可以清楚看出晶体管内部电流情况。

（1）电流关系

在图7-4中，当闭合电源开关S后，电源输出的电流马上流过晶体管，晶体管导通。流经发射极的电流称为I_e，流经基极的电流称为I_b，流经集电极的电流称为I_c。

I_e、I_b、I_c的途径分别是

1）I_e的途径：从电源的正极输出电流→电流流入晶体管VT的发射极→电流在晶体管内部分作两路：一路从VT的基极流出，此为I_b；另一路从VT的集电极流出，此为I_c。

2）I_b的途径：VT基极流出电流→电流流经电阻器R→开关S→流到电源的负极。

3）I_c的途径：VT集电极流出电流→经开关S→流到电源的负极。

从图7-4b可以看出，流入晶体管的I_e在内部分成I_b和I_c，即发射极流入的I_e在内部分成I_b和I_c分别从基极和发射极流出。

不难看出，PNP型晶体管的I_e、I_b、I_c的关系是，I_b+I_c=I_e，并且I_c要远大于I_b。

（2）电压关系

在图7-4中，PNP型晶体管VT的发射极直接接电源正极，集电极直接接电源负极，基极通过电阻器R接电源负极。根据电路中电源正极电压最高、负极电压最低可判断出，晶体管发射极电压U_e最高，集电极电压U_c最低，基极电压U_b处于两者之间。

PNP型晶体管U_e、U_b、U_c之间的关系是

U_e>U_b>U_c

U_e>U_b使发射区的电压较基区电压高，两区之间的发射结（PN结）导通，这样发射区大量的电荷才能穿过发射结到达基区。晶体管发射极与基极之间的电压（电位差）U_eb（U_eb=U_e-U_b）称为发射结正向电压。

U_b>U_c可以使集电区电压较基区电压低，这样才能使集电区有足够的吸引力（电压越低，对正电荷吸引力越大），将基区内大量电荷吸引穿过集电结而到达集电区。

2. NPN型晶体管的电流、电压规律

图7-5为NPN型晶体管的偏置电路。从图中可以看出，NPN型晶体管的集电极接电源的正极，发射极接电源的负极，基极通过电阻器接电源的正极，这与PNP型晶体管连接正好相反。

（1）电流关系

在图7-5中，当开关S闭合后，电源输出的电流马上流过晶体管，晶体管导通。流经发射极的电流称为I_e，流经基极的电流称为I_b，流经集电极的电流称为I_c。

I_e、I_b、I_c的途径分别是

1）I_b的途径：从电源的正极输出电流→开关S→电阻器R→电流流入晶体管VT的基极→基区。

2）I_c的途径：从电源的正极输出电流→电流流入晶体管VT的集电极→集电区→基区。

3）I_e的途径：晶体管集电极和基极流入的I_b、I_c在基区汇合→发射区→电流从发射极输出→电源的负极。

不难看出，NPN型晶体管I_e、I_b、I_c的关系是，I_b+I_c=I_e，并且I_c要远大于I_b。

（2）电压关系

在图7-5中，NPN型晶体管的集电极接电源的正极，发射极接电源的负极，基极通过电阻器接电源的正极。故NPN型晶体管U_e、U_b、U_c之间的关系是

U_e<U_b<U_c

U_c>U_b可以使基区电压较集电区电压低，这样基区才能将集电区的电荷吸引穿过集电结而到达基区。

U_b>U_e可以使发射区的电压较基极的电压低，两区之间的发射结（PN结）导通，基区的电荷才能穿过发射结到达发射区。

NPN型晶体管基极与发射极之间的电压U_be（U_be=U_b-U_e）称为发射结正向电压。

7.1.4 放大原理

晶体管在电路中主要起放大作用，下面以图7-6所示的电路来说明晶体管的放大原理。

1.放大原理

给晶体管的三个极接上三个毫安表mA₁、mA₂和mA₃，分别用来测量I_e、I_b、I_c的大小。电位器RP用来调节I_b的大小，如RP滑动端下移时阻值变小，RP对晶体管基极流出的I_b阻碍减小，I_b增大。当调节RP改变I_b大小时，I_c、I_e也会变化，表7-1列出了调节RP时毫安表测得的三组数据。

从表7-1可以看出：

1）不论哪组测量数据都遵循I_b+I_c=I_e。

2）当I_b变化时，I_c也会变化，并且I_b有微小的变化，I_c会有很大的变化。如I_b由0.01mA增大到0.018mA，变化量为0.008mA（0.018mA-0.01mA），I_c则由0.49mA变化到0.982mA，变化量为0.492mA（0.982mA-0.49mA），I_c变化量是I_b变化量的62倍（0.492mA/0.008mA≈62）。

也就是说，当晶体管的基极电流I_b有微小的变化时，集电极电流I_c会有很大的变化，I_c的变化量是I_b变化量的很多倍，这就是晶体管的放大原理。

2.放大倍数

不同的晶体管，其放大能力是不同的，为了衡量晶体管放大能力的大小，需要用到晶体管一个重要参数——放大倍数。晶体管的放大倍数可分为直流放大倍数和交流放大倍数。

晶体管集电极电流I_c与基极电流I_b的比值称为晶体管的直流放大倍数（用或h_FE表示），即

例如在表7-1中，当I_b=0.018mA时，I_c=0.982mA，晶体管直流放大倍数为

万用表可测量晶体管的放大倍数，它测得放大倍数h_FE值实际上就是晶体管直流放大倍数。

晶体管集电极电流变化量ΔI_c与基极电流变化量ΔI_b的比值称为交流放大倍数（用β或h_fe表示），即

以表7-1的第一、二组数据为例：

测量晶体管交流放大倍数至少需要知道两组数据，这样比较麻烦，而测量直流放大倍数比较简单（只要测一组数据即可），又因为直流放大倍数与交流放大倍数相近，所以通常只用万用表测量直流放大倍数来判断晶体管放大能力的大小。

7.1.5 晶体管的放大、截止和饱和状态

1.三种状态说明

晶体管的状态有三种：截止、放大和饱和。晶体管的三种状态说明如图7-7所示。

2.三种状态下PN结的特点和各状态的判断

晶体管内部有集电结和发射结，在不同状态下这两个PN结的特点是不同的。由于PN结的结构与二极管相同，在分析时为了方便，可将晶体管的两个PN结画成二极管的符号。图7-8为NPN型和PNP型晶体管的PN结示意图。

当晶体管处于不同状态时，集电结和发射结也有相对应的特点。不论NPN型或PNP型晶体管，在三种状态下的发射结和集电结特点都有：

1）处于放大状态时，发射结正偏导通，集电结反偏。

2）处于饱和状态时，发射结正偏导通，集电结也正偏。

3）处于截止状态时，发射结反偏或正偏但不导通，集电结反偏。

正偏是指PN结的P端电压高于N端电压，正偏导通除了要满足PN结的P端电压大于N端电压外，还要求电压要大于门电压（0.2～0.3V或0.5～0.7V），这样才能让PN结导通。反偏是指PN结的N端电压高于P端电压。

不管哪种类型的晶体管，只要记住晶体管某种状态下两个PN结的特点，就可以很容易推断出晶体管在该状态下的电压关系，反之，也可以根据晶体管各极电压关系推断出该晶体管处于什么状态。下面用这种方法判别图7-9中的三个电路的晶体管状态。

在图7-9a中，NPN型晶体管VT的U_c=4V、U_b=2.5V、U_e=1.8V，其中U_b-U_e=0.7V使发射结正偏导通，U_c>U_b使集电结反偏，该晶体管处于放大状态。

在图7-9b中，NPN型晶体管VT的U_c=4.7V、U_b=5V、U_e=4.3V，U_b-U_e=0.7V使发射结正偏导通，U_b>U_c使集电结正偏，晶体管处于饱和状态。

在图7-9c中，PNP型晶体管VT的U_c=6V、U_b=6V、U_e=0V，U_e-U_b=0V使发射结零偏不导通，U_b>U_c使集电结反偏，晶体管处于截止状态。从该电路的电流情况也可以判断出晶体管是截止的，假设VT可以导通，从电源正极输出的I_e经R_e从发射极流入，在内部分成I_b、I_c，I_b从基极流出后就无法继续流动（不能通过RP返回到电源的正极，因为电流只能从高电位往低电位流动），所以VT的I_b实际上是不存在的，无I_b，也就无I_c，故VT处于截止状态。

3.三种状态的特点

晶体管三种状态的各种特点见表7-2。

4.三种状态的应用电路

晶体管可以工作在三种状态，处于不同状态时可以实现不同的功能。当晶体管处于放大状态时，可以对信号进行放大，当晶体管处于饱和与截止状态时，可以当成电子开关使用。

（1）放大状态的应用电路

晶体管放大状态的应用电路如图7-10所示。

（2）饱和与截止状态的应用电路

晶体管饱和与截止状态的应用电路如图7-11所示。晶体管处于饱和与截止状态时，集射极之间分别相当于开关闭合与断开，由于晶体管具有这种性质，故在电路中可以当作电子开关（依靠电压来控制通断），当晶体管基极加较高的电压时，集射极之间导通，当基极不加电压时，集射极之间断开。

7.1.6 主要参数

晶体管的主要参数有：

（1）电流放大倍数

晶体管的电流放大倍数有直流电流放大倍数和交流电流放大倍数。晶体管集电极电流I_c与基极电流I_b的比值称为晶体管的直流电流放大倍数（用或h_FE表示），即

晶体管集电极电流变化量ΔI_c与基极电流变化量ΔI_b的比值称为交流电流放大倍数（用β或h_fe表示），即

上面两个电流放大倍数的含义虽然不同，但两者近似相等，故在以后应用时一般不加区分。晶体管的β值过小，电流放大作用小，β值过大，晶体管的稳定性会变差，在实际使用时，一般选用β在40～80的管子较为合适。

（2）穿透电流I_ceo

穿透电流又称集电极-发射极反向电流，它是指在基极开路时，给集电极与发射极之间加一定的电压，由集电极流往发射极的电流。穿透电流的大小受温度的影响较大，晶体管的穿透电流越小，热稳定性越好，通常锗管的穿透电流较硅管的要大些。

（3）集电极最大允许电流I_cm

当晶体管的集电极电流I_c在一定的范围内变化时，其β值基本保持不变，但当I_c增大到某一值时，β值会下降。使电流放大倍数β明显减小（约减小到2/3β）的I_c称为集电极最大允许电流。晶体管用作放大时，I_c不能超过I_cm。

（4）击穿电压U_BR（ceo）

击穿电压U_BR（ceo）是指基极开路时，允许加在集电极-发射极之间的最高电压。在使用时，若晶体管集电极-发射极之间的电压U_ce＞U_BR（ceo），集电极电流I_c将急剧增大，这种现象称为击穿。击穿的晶体管属于永久损坏，故选用晶体管时要注意其反向击穿电压不能低于电路的电源电压，一般晶体管的反向击穿电压应是电源电压的两倍。

（5）集电极最大允许功耗P_cm

晶体管在工作时，集电极电流流过集电结时会产生热量，从而使晶体管温度升高。在规定的散热条件下，集电极电流I_c在流过晶体管集电极时允许消耗的最大功率称为集电极最大允许功耗P_cm。当晶体管的实际功耗超过P_cm时，温度会上升很高而烧坏。晶体管散热良好时的P_cm较正常时要大。

集电极最大允许功耗P_cm可用下式计算：

P_cm=I_c·U_ce

晶体管的I_c过大或U_ce过高，都会导致功耗过大而超出P_cm。晶体管手册上列出的P_cm值是在常温下25℃时测得的。硅管的集电结上限温度为150℃左右，锗管为70℃左右，使用时应注意不要超过此值，否则管子将损坏。

（6）特征频率f_T

在工作时，晶体管的放大倍数β会随着信号的频率升高而减小。使晶体管的放大倍数β下降到1的频率称为晶体管的特征频率。当信号频率f等于f_T时，晶体管对该信号将失去电流放大功能，信号频率大于f_T时，晶体管将不能正常工作。

7.1.7 用指针万用表检测晶体管

晶体管的检测包括类型检测、电极检测和好坏检测。

1.类型检测

晶体管类型有NPN型和PNP型，晶体管的类型可用万用表欧姆档进行检测。

（1）检测规律

NPN型和PNP型晶体管的内部都有两个PN结，故晶体管可视为两个二极管的组合，万用表在测量晶体管任意两个引脚之间时有六种情况，如图7-12所示。

从图中不难得出这样的规律：当黑表笔接P端、红表笔接N端时，测的是PN结的正向电阻，该阻值小；当黑表笔接N端，红表笔接P端时，测的是PN结的反向电阻，该阻值很大（接近无穷大）；当黑、红表笔接的两极都为P端（或两极都为N端）时，测得的阻值大（两个PN结不会导通）。

（2）类型检测

晶体管的类型检测如图7-13所示。

2.集电极与发射极的检测

晶体管有发射极、基极和集电极三个电极，在使用时不能混用，由于在检测类型时已经找出基极，下面介绍如何用万用表欧姆档检测出发射极和集电极。

（1）NPN型晶体管集电极和发射极的判别

NPN型晶体管集电极和发射极的判别如图7-14所示。

（2）PNP型晶体管集电极和发射极的判别

PNP型晶体管集电极和发射极的判别如图7-15所示。

（3）利用h_FE档来判别发射极和集电极

如果万用表有h_FE档（晶体管放大倍数测量档），可利用该档判别晶体管的电极，使用这种方法应在已检测出晶体管的类型和基极时使用。利用万用表的晶体管放大倍数测量档来判别极性的测量过程如图7-16所示。

3.好坏检测

晶体管好坏检测具体包括下面的内容：

（1）测量集电结和发射结的正、反向电阻

晶体管内部有两个PN结，任意一个PN结损坏，晶体管就不能使用，所以晶体管检测先要测量两个PN结是否正常。检测时万用表拨至×100Ω或×1kΩ档，测量PNP型或NPN型晶体管集电极和基极之间的正、反向电阻（即测量集电结的正、反向电阻），然后再测量发射极与基极之间的正、反向电阻（即测量发射结的正、反向电阻）。正常时，集电结和发射结正向电阻都比较小，约几百欧至几千欧，反向电阻都很大，约几百千欧至无穷大。

（2）测量集电极与发射极之间的正、反向电阻

对于PNP型晶体管，红表笔接集电极、黑表笔接发射极测得的为正向电阻，正常约十几千欧至几百千欧（用×1kΩ档测得），互换表笔测得的为反向电阻，与正向电阻阻值相近；对于NPN型晶体管，黑表笔接集电极，红表笔接发射极，测得的为正向电阻，互换表笔测得的为反向电阻，正常时正、反向电阻阻值相近，约几百千欧至无穷大。

如果晶体管任意一个PN结的正、反向电阻不正常，或发射极与集电极之间正、反向电阻不正常，说明晶体管损坏。如发射结正、反向电阻阻值均为无穷大，说明发射结开路；集射极之间阻值为0，说明集射极之间击穿短路。

综上所述，一个晶体管的好坏检测需要进行六次测量，其中测发射结正、反向电阻各一次（两次），集电结正、反向电阻各一次（两次），集射极之间的正、反向电阻各一次（两次）。只有这六次检测都正常才能说明晶体管是正常的，只要有一次测量发现不正常，该晶体管就不能使用。

7.1.8 用数字万用表检测晶体管

1.检测晶体管的类型并找出基极

用数字万用表检测晶体管的类型并找出基极如图7-17所示。

2.检测PNP型晶体管的放大倍数并区分出集电极和发射极

用数字万用表检测PNP型晶体管的放大倍数并区分出集电极和发射极如图7-18所示。

3.检测NPN型晶体管的放大倍数并区分出集电极和发射极

用数字万用表检测NPN型晶体管的放大倍数并区分出集电极和发射极如图7-19所示。

7.1.9 晶体管型号命名方法

国产晶体管型号由五部分组成：

第一部分用数字“3”表示主称晶体管。

第二部分用字母表示晶体管的材料和极性。

第三部分用字母表示晶体管的类别。

第四部分用数字表示同一类型产品的序号。

第五部分用字母表示规格号。

国产晶体管型号命名及含义见表7-3。