在电子技术领域,是一种至关重要的基础电子元件,广泛应用于各种电子设备和电路中。下面我们将全面且深入地探讨三极管的基本工作原理。
晶体三极管是由 p 型和 n 型半导体有机结合而成的。两个 pn 结之间相互影响,使得 pn 结的功能发生了质的飞跃,具备了电流放大作用。从结构上大致可分为 npn 型和 pnp 型这两种类型(通常用 Q、VT、PQ 表示)。三极管之所以能实现电流放大,主要源于制造工艺上的两个关键特点:其一,基区的宽度被制作得非常薄;其二,发射区的掺杂浓度很高,与集电区相比,其杂质浓度高出数百倍。这两个特点为三极管实现电流放大功能奠定了基础。例如,在一些高精度的放大电路中,正是利用了三极管这种特殊的结构和特性,才能够实现对微弱信号的有效放大。

三极管正常工作需要满足特定的必要条件:首先,要在 B 极和 E 极之间施加正向电压(该电压大小不能超过 1V);其次,在 C 极和 E 极之间施加反向电压(此电压应比 eb 间电压高);若要获得输出,还必须施加负载。
当三极管满足上述工作条件后,其工作原理如下:
- 基极有电流流动时:由于 B 极和 E 极之间存在正向电压,电子会从发射极向基极移动。又因为 C 极和 E 极间施加了反向电压,在高电压的作用下,从发射极向基极移动的电子会通过基极进入集电极。这样,在基极所加正电压的作用下,发射极的大量电子被输送到集电极,从而产生很大的集电极电流。
- 基极无电流流动时:当 B 极和 E 极之间不施加电压时,由于 C 极和 E 极间施加了反向电压,集电极的电子会受电源正电压吸引,在 C 极和 E 极之间产生空间电荷区,这会阻碍从发射极向集电极的电子流动,进而不会产生集电极电流。
综上所述,在晶体三极管中,很小的基极电流能够引发很大的集电极电流,这便是三极管的电流放大作用。此外,三极管还可以通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止,这就是三极管的作用(开关特性)。在数字电路中,三极管的开关特性被广泛应用于实现逻辑门电路,完成各种逻辑运算。

下面我们来看共射极基本放大电路。

在这个电路中,vt 是一个 npn 型三极管,起到放大作用;ecc 作为集电极回路电源(集电结反偏),为输出信号提供能量;rc 是集电极直流负载电阻,它能把电流的变化量转化成电压的变化量并反映在输出端;基极电源 ebb 和基极电阻 rb,一方面为发射结提供正向偏置电压,同时也决定了基极电流 ib;cl、c2 是隔直流通交流的偶合电容;rl 是交流负载等效电阻。交流通路为:ui 正端 - cl - vtb - vtc - c2 - rl - ui 负端。
在实际应用中,为了方便使用和简化电路,有以下几点常见的处理方式:
- 日常使用中采用两组电源不太方便,通常会采用一组电源供电。
- 为了简化电路,用 “UCC” 的端点和 “地” 来表示直流电源。
- 把输入信号电压、输出信号电压和直流电源的公共端点称为 “地”,并用符号 “丄” 表示,以地端作为零电位参考。
为了更形象地理解三极管的放大原理,我们可以用水龙头与闸门放水的关系来类比。

- 当发射结无电压或施加电压在门限电压以下时,就如同闸门关紧,水无法从水龙头底部通过水嘴流出。此时,ec 之间电阻值无穷大,ec 之间的电流处于截止状态,相当于开关的 OFF 状态。
- 当对发射结施加电压在门限电压范围时(以硅管 0.7V 左右为例),类似于闸门稍微松动,从水龙头底部通过水嘴流出的水呈滴答状态。此时,ec 之间的电阻值也稍有下降。
- 当对发射结施加电压为 0.8V 时,好比闸门打开了三分之一,水龙头底部已有三分之一的水通过水嘴流出。此时,ec 之间的电阻值下降了三分之一,ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。
- 当对发射结施加电压为 0.9V 时,相当于闸门打开了三分之二,水龙头底部已有三分之二的水通过水嘴流出。此时,ec 之间的电阻值下降了三分之二,ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。
- 当对发射结施加电压在 1V 或者 1V 以上时,如同闸门完全打开,水龙头底部的水全部通过水嘴流出。此时,ec 之间的电阻值下降为 “0”,或者说很小,可以忽略不计,ec 之间的电流处于饱和状态,相当于开关的 ON 状态。