三极管基础知识

二极管的导电特性
1. 正向偏置
        在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
2. 反向偏置

        在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

三极管的三种工作状态

截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。

放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。

饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。三极管可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。

特点：

       二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。

       三极管的电路符号有两种：有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。

关于电流方向判断，就记住一条：发射极中的电流是基极和集电极电流之和，对于NPN型管子电流是从集电极和基极流入，发射极流出，所以箭头向外；对于PNP型管子，由于电流是从发射极流入，从集电极和基极流出，所以箭头向里。

为什么要加偏置电路：

三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比 0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。

下面资料来自阿莫论坛：

三极管有三个工作区——饱和区、截止区和线性放大区，对应的场效应管也有三个工作区。如果晶体管工作在线性放大区，就构成了模拟电路；晶体管工作在饱和区和截止区，就成了电子开关，再进一步也就是0与1的二进制了。

所以说晶体管工作在开关状态下，这个范围就很广了，很多数电的东西在底层，都是这样的工作模式。当然此时的晶体管工作模式很简单（开关嘛），所以三极管的数学模型中大多数条件就可以忽略，三极管电路也就不是很复杂了。

晶体管工作在线性放大状态下，就可以利用它的特性组成各种电路。不过此时的三极管工作状态就需要很精确地调整，需要在电路中考虑各种参数和环境。要不说模电难，我想难就难在这些参数不容易掌握，需要很深刻的理论知识。

晶体管的电路模型是可控电流源（三极管是流控电流源；场效应管是压控电流源），所以他可以用作扩流；然后既然可控（三极管是Ic=β*Ib；场效应管是Id=Gs*Ug，即漏极电流=跨导*栅极电压。这里的β和Gs就是放大倍数），所以就能用一个小电流来获得大电流，或者一个小电压获得大电流，然后电流也可以通过一个电阻来转换成电压。放大电路的原理就出来了。如果在上边加上电容电感等带频率特性的元件，就可以做成各种滤波、振荡之类的电路了。

NPN管和PNP管的最主要区别是电流的流向不同。三极管工作在放大区的条件是“集电结截止（反偏），发射结导通（正偏）”，所以可以看到，NPN管的发射结箭头是向外的，只有电流的方向是那样流动时，be结（NPN管的b是P材料，e是N材料，电流都是从P流向N的，反之则不流）才能导通。PNP管的箭头是向内的，电流是由e流向b的（PNP管的b是N材料，e是P材料，电流由P流向N），才能导通。所以说使用哪种类型的管子，要看具体电路中电流的流向是怎样的，也就是三极管三极之间的电位是怎样的（电位差产生电压，电压产生电流）。

然后，NPN和PNP管的Vbe（b极-e极的电压降，一般是定值）不同。NPN一般是0.6~0.7V左右，PNP好像才0.3~0.4V左右。PNP管种类较NPN管要少很多，所以还是NPN管常用一些。

三极管型号很多很多啊，国内国外的，都有。我原来用过的，国产型号的管子是3打头的，比如很经典的3DG6/3AG1/3DG201/3AX31/3DD15D等等的。901x系列（好像是三星的），8050/8550，日本的2Sx xxxx（如2SA1301/2SC3280），2Nxxxx（如2N3055）。

我国生产的晶体管有一套命名规则，电子爱好者最好还是了解一下：第一部分的3表示为三极管。第二部分表示器件的材料和结构，A：PNP型锗材料B：NPN型锗材料C：PNP型硅材料D：NPN型硅材料第三部分表示功能，U：光电管K：开关管X：低频小功率管G：高频小功率管D：低频大功率管A：高频大功率管。另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。

场效应管型号不是很了解，我用过的好像只有IR公司的，像IRF540，IRFP460之类的。

我记得这种选型好像在网上也有相应的网页，或者有那种三极管型号大全的书，或者问别人，或者从别人的类似方案里找型号。

选三极管……我觉得应该主要看各处的电流吧。因为三极管本来就是个电流源嘛。

先要根据自己的电路设计，要求三极管能够输出多少电流。有些放大信号用的小功率管，集电极电流Ic都在几十到几百mA的样子，如果超了，三极管就放烟花了。但是大功率三极管集电极电流可达到几A到几十A。所以如果只是做信号处理，用小功率管就够了；要是做功率放大，需要三极管输出很大电流，那只能用大功率三极管。所以根据你的电路的需要，看看Ic最大能有多大，然后去找哪种三极管的集电极电流Ic比你的电路要求的Ic还大（大多少要看你的交流信号最大值是多大，若管子的最大Ic小于你要求的Ic的话，可能会导致输出失真），这一项就符合要求了。

还要注意在这个电流下，三极管（也包括电阻等其他元件）所承受的功率是否大于其额定功率了。三极管的pdf里有一个项目，叫集电结功率损耗（Collector Power Dissipation）Pc，如果三极管集电结的功率超过了这个值，管子就要放烟花了。

然后要看看三极管的放大倍数β（严格点说，β是交流放大倍数，Hfe是直流放大倍数，不过它们基本相等）是否符合自己设计的要求。因为三极管的放大方程是Ic=β*Ib嘛，所以看电路的前一级能输出多大的电流给Ib。如果前一级输出电流很小，为了在后级得到大电流，就要用高β值的管子。不过注意一下哈，小功率管的β通常都很高（9013一般在200多300多的样子，9014更高，而且还有再高β的型号），但是大功率管的β就低一些了，一般就几十的样子。所以为什么很多功率放大器的后级都要用达林顿管，因为达林顿管的总Hfe是两个独立管子Hfe1、Hfe2的乘积，可以有效提高放大倍数。

补充：

三极管开关电路工作原理分析 
图一所示是NPN三极管的 共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区 (Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与E 极间约呈断路状态，IC = 0，VCE = VCC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中 (VBE = 0.7 V)， I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE IB可被 IB 操控。若三极管在饱和区，IB 很大，发射结集电极均是正偏，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，Ic 与 IB 无关了，因此时的IB大过线性放大区的IB 值， IchFE IB 是必然的。三极管在截止态时 C-E 间如同断路，在饱和态时C-E 间如同通路 (带有0.2 V 电位降)，因此可以作为开关。控制此开关的是 IB，也可以用 VBB 作为控制的输入讯号。图三、四分别显示三极管开关的通路、断路状态，及其对应的等效电路。 
 
 
图1 NPN 三极管共射极电路 图2 共射极电路输出特性曲 
 

 
图3、截止态如同断路线图 图4、饱和态如同通路 
实验：三极管的开关作用 
简单三极管开关：电路如图5，电阻RC是LED限流用电阻，以防止电压过高烧坏LED（发光二极管），将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔)，观察并记录对的 VOUT 以及LED 的亮度。当三极管开关为断路时，VOUT =VCC =12 V，LED 不亮。当三极管开关通路时，VOUT = 0.2V ，LED 会亮。改良三极管开关：因为三极管由截止区过度到饱和区需经过线性区，开关的效果不会有明确的界线。为使三极管开关的效果明确，可串接两三极管，电路如图六。同样将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔)，观察并记录对应的VOUT 以及LED 的亮度。 
 

 
图5、简单开关三极管电路图 图6、改良三极管开关电路-达林顿电路图 
以上可以看出几乎任何一种型号三极管都可一做为电子开关来使用，如果条件允许也可用来控制加热设备。可见开关三极管只是一个笼统的概念，不过市面上也有少数的专用开关三极管出售。

同样一个PNP的开关问题（网上搜到的）http://zhidao.baidu.com/question/75131974.html

三极管 (pnp)当开关作用 发射极直接接到电源上，基极加到单片机的IO口上有加了一个偏置电阻，集电极接一个高亮发光管。有谁能分析一下它的工作原理，书上说饱和时的条件是发射结正偏，集电结反偏，那按照书上所说的，跟我上面描述的好像有点出路，按我上面描述的话，集电极是电压是哪里来的？怎么形成正偏的呢？望高人解答。。不要很笼统的表述，谢谢。。

解答：（图只是个示意）

三极管工作在放大区时才用直流偏置电路,工作在开关状态时为了能可靠的工作在饱和与截止状态,不需要直流偏置电路. 

另外纠正一下,三极管工作在放大区时发射结正偏,集电结反偏, 
工作在饱和区时发射结与集电结都正偏, 
工作在截止区时发射结电压小于开启电压，集电结反偏即可, 

你说的电路中,单片机的IO口上接一个电阻与三极管基极连接,发射极接地,集电极接负载与正电源相连.这个电阻主要是防止单片机的输出电压过高而造成三极管基极电流过大而损坏三极管与单片机电路,当单片机输出低电平时,三极管可靠截止,即工作在载止区,当单片机输出高电平时,通过基极电阻的限流,三极管的基极电压将达到0.7V以上,它的CE间电压将在0.3V左右,所以两个结都正偏,三极管工作在饱和区. 

补充，你是说单片机的I/O端口接5.1K电阻接PNP三极管基极，发射极接正电源，集电极接一发光二极光并串联一个二极管接地。当单片机输出高电平时，基极电压为高电平，三极管载止，相当于三极管发射结截止，三极管载止，UCE=UCC。当单片机输入低电平时，发射结正偏，三极管导通，此时UCE=0.3V，集电极电位纸比电源电压低0.3V，而基极电位比电源电压低0.7V，所以两个结均正偏，三极管工作在饱和状态。

至于集电结反偏一般是工作在放大区时的状态。因集电极要通过负载（电阻、线圈、或其它二、三极管等等）接到电源，当然会有集电极电压啦（这个不是偏置电压）。
根据你的问题分析，这个三极管虽然是当开关管用的，但它“开”时并没有饱和导通（如果此管的负载是发光管而未串联限流电阻的话，5V的电源电压就足以使发光管烧毁），加偏置电阻也许可以限制三极管的电流（基极电流*放大倍数），但这样设计肯定不合理。可能是你看错了，应该在集电极回路中还有一个发光管限流电阻的（这样三极管导通时就可工作在饱和区了，并且集电结处于正偏状态）。