细说三极管
晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件
在电子元件家族中，三极管属于半导体主动元件中的分立元件。
广义上，三极管有多种，常见如下图所示。
狭义上，三极管指双极型三极管，是最基础最通用的三极管。
本文所述的是狭义三极管。其他内容可点击以下链接：
三极管的发明
晶体三极管出现之前是真空电子三极管在电子电路中以放大、开关功能控制电流。
真空电子管存在笨重、耗能、反应慢等缺点。
二战时，军事上急切需要一种稳定可靠、快速灵敏的电信号放大元件，研究成果在二战结束后获得。
早期，由于锗晶体较易获得，主要研制应用的是锗晶体三极管。硅晶体出现后，由于硅管生产工艺很高效，锗管逐渐被淘汰。
经半个世纪的发展，三极管种类繁多，形貌各异。
小功率三极管一般为塑料包封；大功率三极管一般为金属铁壳包封。
三极管核心结构
核心是“pn”结
是两个背对背的pn结
可以是npn组合，也或以是pnp组合
由于硅npn型是当下三极管的主流，以下内容主要以硅npn型三极管为例：
npn型三极管结构示意图
硅npn型三极管的制造流程
管芯结构切面图
工艺结构特点：
发射区高掺杂：为了便于发射结发射电子，发射区半导体掺浓度高于基区的掺杂浓度，且发射结的面积较小；
基区尺度很薄:3~30μm，掺杂浓度低；
集电结面积大：集电区与发射区为同一性质的掺杂半导体，但集电区的掺杂浓度要低，面积要大，便于收集电子。
三极管不是两个pn结的间单拼凑，两个二极管是组成不了一个三极管的！
工艺结构在半导体产业相当重要，pn结不同材料成份、尺寸、排布、掺杂浓度和几何结构，能制成各样各样的元件，包括ic。
三极管电路符号
三极管电流控制原理示意图
三极管基本电路
外加电压使发射结正向偏置，集电结反向偏置。
集/基/射电流关系：
ie = ib + ic
ic = β * ib
如果 ib = 0, 那么 ie = ic = 0
三极管特性曲线
输入特性曲线
集-射极电压uce为某特定值时，基极电流ib与基-射电压ube的关系曲线。
uber是三极管启动的临界电压，它会受集射极电压大小的影响，正常工作时，npn硅管启动电压约为0.6v；
ubeuber时，三极管才会启动；
uce增大，特性曲线右移，但当uce>1.0v后，特性曲线几乎不再移动。
输出特性曲线
基极电流ib一定时，集极ic与集-射电压uce之间的关系曲线，是一组曲线。
当ib=0时, ic→0 ,称为三极管处于截止状态，相当于开关断开；
当ib>0时, ib轻微的变化,会在ic上以几十甚至百多倍放大表现出来；
当ib很大时，ic变得很大，不能继续随ib的增大而增大，三极管失去放大功能，表现为开关导通。
三极管核心功能
放大功能：小电流微量变化，在大电流上放大表现出来。
开关功能：以小电流控制大电流的通断。
三极管的放大功能
ic = β * ib （其中β≈ 10~400 ）
例：当基极通电流ib=50μa时,集极电流:
ic=βib=120*50μa=6000μa
微弱变化的电信号通过三极管放大成波幅度很大的电信号，如下图所示：
所以，三极管放大的是信号波幅，三极管并不能放大系统的能量。
能放大多少？
那要看三极管的放大倍数β值了！
首先β由三极管的材料和工艺结构决定：
如硅三极管β值常用范围为：30~200
锗三极管β值常用范围为：30~100
β值越大，漏电流越大，β值过大的三极管性能不稳定。
其次β会受信号频率和电流大小影响：
信号频率在某一范围内，β值接近一常数，当频率越过某一数值后，β值会明显减少。
β值随集电极电流ic的变化而变化，ic为ma级别时β值较小。一般地，小功率管的放大倍数比大功率管的大。
三极管主要性能参数
三极管性能参数较多，有直流、交流和极限参数之分：
类型
参数项
符号
意义
直流参数
共射直流放大系数
β
无交变信号输入，共射电路集基电流的比值。β=ic/ib
共基直流放大系数
α
无交变信号输入，共基极电路集射的比值。
集-射
反向电流
iceo
基极开路，集-射极间反向电流，又称漏电流、穿透电流。
集极
反向电流
icbo
射极开路时，集电结反向电流（漏电流）
iceo=βicbo
交流参数
共射交流放大系数
β
共射电路，集基电流变化量比值：β=δic/δib
共基交流放大系数
α
共基电路，集射电流变化量比值：α=δic/δie
共射截止频率
ƒβ
β因频率升高3db对应的频率
共基截止频率
ƒα
α因频率升高而下降3db对应的频率
特征频率
ƒt
频率升高，β下降到1时对应的频率。
极限参数
集极最大电流
icm
集极允许通过的最大电流。
集极最大功率
pcm
实际功率过大，三极管会烧坏。
集-射极击穿电压
uceo
基极开路时，集-射极耐电压值。
温度对三极管性能的影响
温度几乎影响三极管所有的参数，其中对以下三个参数影响最大。
（1）对放大倍数β的影响
在基极输入电流ib不变的情况下，集极电流ic会因温度上升而急剧增大。
（2）对反向饱和电流（漏电流）iceo的影响
iceo是由少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，iceo随温度上升会急剧增加。温度上升10℃，iceo将增加一倍。
虽然常温下硅管的漏电流iceo很小，但温度升高后，漏电流会高达几百微安以上。
（3）对发射结电压 ube的影响
温度上升1℃，ube将下降约2.2mv。
温度上升，β、ic将增大，uce将下降，在电路设计时应考虑采取相应的措施，如远离热源、散热等,克服温度对三极管性能的影响。
三极管的分类
分类角度
种类
说明
从技术工艺
按材料
硅三极管 0.6v
锗三极管 0.3v
一般地：
锗管为pnp型
硅管为npn型
按结构
pnp型
npn型
按制造工艺
平面型
合金型
扩散型
高频管多为扩散型
低频管多为合金型
从性能
按频率
低频管 500mhz
按功率
小功率 pcm <0.5w
中功率 0.5 功率越大体积越大，散热要求越高。
功能
用途
放大管 开关管
高反压管 光电管
带阻尼管 数字管
从封装外形
按封装材料
金属封装 玻璃封装
陶瓷封装 塑料封装
薄膜封装
塑料封装为主流
金属封装成本较高
按封装形式
引线式 to
贴片式 sot
贴片式正逐步取代引线式。
三极管命名标识
不同的国家/地区对三极管型号命名方式不同。还有很多厂家使用自己的命名方式。
我国大陆地区三极管命名方式
3
d
d
12
x
2：二极管
3：三极管
a：pnp锗
b：npn锗
c：pnp硅
d：npn硅
x：低频小功率 g：高频小功率 d：低频大功率 a：高频大功率
序号
规格号
例：3dd12x npn型低频大功率硅三极管
日本三极管型号命名方式
2
s
d
13
b
0：光电管
1：二极管
2：三极管
注册标识
a：pnp高频管 b：pnp低频管 c：npn高频管 d：npn低频管
电子协会登记顺序
改进型号
例：2sc1895 高频npn型三极管
美国电子工业协会（eia）三极管命名方式
jans
2
n
2904
a
jantx：特军级jantxv：超特军jans：宇航级
（无）：非军用品
1：二极管
2：三极管
“n”：n个pn 结元件
eia注册标识
eia登记顺序号
不同档别
例：jans2n2904 宇航级三极管
欧洲三极管命名方式
b
c
208
a
a：锗管
b：硅管
c：低频小功率
d：低频大功率
f：高频小功率
l：高频大功率
登记顺序号
β的档别
例：bc208a 硅材料低频小功率三极管
三极管封装及管脚排列方式
关于封装
三极管设计额定功率越大，其体积就越大，又由于封装技术的不断更新发展，所以三极管有多种多样的封装形式。
当前，塑料封装是三极管的主流封装形式，其中“to”和“sot”形式封装最为常见。
关于管脚排列
不同品牌、不同封装的三极管管脚定义不完全一样的，一般地，有以上规律：
规律一：对中大功率三极管，集电极明显较粗大甚至以大面积金属电极相连，多处于基极和发射极之间；
规律二：对贴片三极管，面向标识时，左为基极，右为发射极，集电极在另一边；
基极 — b 集电极 — c 发射极 — e
三极管的选用原则
考虑三极管的性能极限，按“2/3”安全原则选择合适的性能参数。:
集极电流ic：
ic icm时，三极管β值减小，失去放大功能。
集极功率pw：
pw pcm 三极管将烧坏。
集-射反向电压uce：
uceubvceo时，三极管产生很大的集电极电流击穿,造成永久性损坏。
工作频率ƒ：
ƒ=15%*ƒt
ƒt — 特征频率
随着工作频率的升高，三极管的放大能力将会下降，对应于β=1 时的频率ƒt叫作三极管的特征频率。
此外，还应考虑体积成本，优先选用贴片式三极管。
关于反激电源电气参数测量方法及注意事项
岚图汽车成为了名副其实的现代化智慧工厂
语音合成技术的应用与挑战
三安光电Mini/Micro显示芯片产业化项目开工 计划总投资120亿元
智慧物流的主要技术
细说三极管
美国彻底封锁了华为购买芯片,对于华为的影响有多大?
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IDC：预计2019年5G手机销量为670万部
将电池技术与AI和IoT集成在一起将成为环境问题的重要组成部分
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晶体三极管出现之前是真空电子三极管在电子电路中以放大、开关功能控制电流。
真空电子管存在笨重、耗能、反应慢等缺点。
二战时，军事上急切需要一种稳定可靠、快速灵敏的电信号放大元件，研究成果在二战结束后获得。
早期，由于锗晶体较易获得，主要研制应用的是锗晶体三极管。硅晶体出现后，由于硅管生产工艺很高效，锗管逐渐被淘汰。
经半个世纪的发展，三极管种类繁多，形貌各异。
小功率三极管一般为塑料包封；大功率三极管一般为金属铁壳包封。
三极管核心结构
核心是“pn”结
是两个背对背的pn结
可以是npn组合，也或以是pnp组合
由于硅npn型是当下三极管的主流，以下内容主要以硅npn型三极管为例：
npn型三极管结构示意图
硅npn型三极管的制造流程
管芯结构切面图
工艺结构特点：
发射区高掺杂：为了便于发射结发射电子，发射区半导体掺浓度高于基区的掺杂浓度，且发射结的面积较小；
基区尺度很薄:3~30μm，掺杂浓度低；
集电结面积大：集电区与发射区为同一性质的掺杂半导体，但集电区的掺杂浓度要低，面积要大，便于收集电子。
三极管不是两个pn结的间单拼凑，两个二极管是组成不了一个三极管的！
工艺结构在半导体产业相当重要，pn结不同材料成份、尺寸、排布、掺杂浓度和几何结构，能制成各样各样的元件，包括ic。
三极管电路符号
三极管电流控制原理示意图
三极管基本电路
外加电压使发射结正向偏置，集电结反向偏置。
集/基/射电流关系：
ie = ib + ic
ic = β * ib
如果 ib = 0, 那么 ie = ic = 0
三极管特性曲线
输入特性曲线
集-射极电压uce为某特定值时，基极电流ib与基-射电压ube的关系曲线。
uber是三极管启动的临界电压，它会受集射极电压大小的影响，正常工作时，npn硅管启动电压约为0.6v；
ubeuber时，三极管才会启动；
uce增大，特性曲线右移，但当uce>1.0v后，特性曲线几乎不再移动。
输出特性曲线
基极电流ib一定时，集极ic与集-射电压uce之间的关系曲线，是一组曲线。
当ib=0时, ic→0 ,称为三极管处于截止状态，相当于开关断开；
当ib>0时, ib轻微的变化,会在ic上以几十甚至百多倍放大表现出来；
当ib很大时，ic变得很大，不能继续随ib的增大而增大，三极管失去放大功能，表现为开关导通。
三极管核心功能
放大功能：小电流微量变化，在大电流上放大表现出来。
开关功能：以小电流控制大电流的通断。
三极管的放大功能
ic = β * ib （其中β≈ 10~400 ）
例：当基极通电流ib=50μa时,集极电流:
ic=βib=120*50μa=6000μa
微弱变化的电信号通过三极管放大成波幅度很大的电信号，如下图所示：
所以，三极管放大的是信号波幅，三极管并不能放大系统的能量。
能放大多少？
那要看三极管的放大倍数β值了！
首先β由三极管的材料和工艺结构决定：
如硅三极管β值常用范围为：30~200
锗三极管β值常用范围为：30~100
β值越大，漏电流越大，β值过大的三极管性能不稳定。
其次β会受信号频率和电流大小影响：
信号频率在某一范围内，β值接近一常数，当频率越过某一数值后，β值会明显减少。
β值随集电极电流ic的变化而变化，ic为ma级别时β值较小。一般地，小功率管的放大倍数比大功率管的大。
三极管主要性能参数
三极管性能参数较多，有直流、交流和极限参数之分：
类型
参数项
符号
意义
直流参数
共射直流放大系数
β
无交变信号输入，共射电路集基电流的比值。β=ic/ib
共基直流放大系数
α
无交变信号输入，共基极电路集射的比值。
集-射
反向电流
iceo
基极开路，集-射极间反向电流，又称漏电流、穿透电流。
集极
反向电流
icbo
射极开路时，集电结反向电流（漏电流）
iceo=βicbo
交流参数
共射交流放大系数
β
共射电路，集基电流变化量比值：β=δic/δib
共基交流放大系数
α
共基电路，集射电流变化量比值：α=δic/δie
共射截止频率
ƒβ
β因频率升高3db对应的频率
共基截止频率
ƒα
α因频率升高而下降3db对应的频率
特征频率
ƒt
频率升高，β下降到1时对应的频率。
极限参数
集极最大电流
icm
集极允许通过的最大电流。
集极最大功率
pcm
实际功率过大，三极管会烧坏。
集-射极击穿电压
uceo
基极开路时，集-射极耐电压值。
温度对三极管性能的影响
温度几乎影响三极管所有的参数，其中对以下三个参数影响最大。
（1）对放大倍数β的影响
在基极输入电流ib不变的情况下，集极电流ic会因温度上升而急剧增大。
（2）对反向饱和电流（漏电流）iceo的影响
iceo是由少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，iceo随温度上升会急剧增加。温度上升10℃，iceo将增加一倍。
虽然常温下硅管的漏电流iceo很小，但温度升高后，漏电流会高达几百微安以上。
（3）对发射结电压 ube的影响
温度上升1℃，ube将下降约2.2mv。
温度上升，β、ic将增大，uce将下降，在电路设计时应考虑采取相应的措施，如远离热源、散热等,克服温度对三极管性能的影响。
三极管的分类
分类角度
种类
说明
从技术工艺
按材料
硅三极管 0.6v
锗三极管 0.3v
一般地：
锗管为pnp型
硅管为npn型
按结构
pnp型
npn型
按制造工艺
平面型
合金型
扩散型
高频管多为扩散型
低频管多为合金型
从性能
按频率
低频管 500mhz
按功率
小功率 pcm <0.5w
中功率 0.5
功能
用途
放大管 开关管
高反压管 光电管
带阻尼管 数字管
从封装外形
按封装材料
金属封装 玻璃封装
陶瓷封装 塑料封装
薄膜封装
塑料封装为主流
金属封装成本较高
按封装形式
引线式 to
贴片式 sot
贴片式正逐步取代引线式。
三极管命名标识
不同的国家/地区对三极管型号命名方式不同。还有很多厂家使用自己的命名方式。
我国大陆地区三极管命名方式
3
d
d
12
x
2：二极管
3：三极管
a：pnp锗
b：npn锗
c：pnp硅
d：npn硅
x：低频小功率 g：高频小功率 d：低频大功率 a：高频大功率
序号
规格号
例：3dd12x npn型低频大功率硅三极管
日本三极管型号命名方式
2
s
d
13
b
0：光电管
1：二极管
2：三极管
注册标识
a：pnp高频管 b：pnp低频管 c：npn高频管 d：npn低频管
电子协会登记顺序
改进型号
例：2sc1895 高频npn型三极管
美国电子工业协会（eia）三极管命名方式
jans
2
n
2904
a
jantx：特军级jantxv：超特军jans：宇航级
（无）：非军用品
1：二极管
2：三极管
“n”：n个pn 结元件
eia注册标识
eia登记顺序号
不同档别
例：jans2n2904 宇航级三极管
欧洲三极管命名方式
b
c
208
a
a：锗管
b：硅管
c：低频小功率
d：低频大功率
f：高频小功率
l：高频大功率
登记顺序号
β的档别
例：bc208a 硅材料低频小功率三极管
三极管封装及管脚排列方式
关于封装
三极管设计额定功率越大，其体积就越大，又由于封装技术的不断更新发展，所以三极管有多种多样的封装形式。
当前，塑料封装是三极管的主流封装形式，其中“to”和“sot”形式封装最为常见。
关于管脚排列
不同品牌、不同封装的三极管管脚定义不完全一样的，一般地，有以上规律：
规律一：对中大功率三极管，集电极明显较粗大甚至以大面积金属电极相连，多处于基极和发射极之间；
规律二：对贴片三极管，面向标识时，左为基极，右为发射极，集电极在另一边；
基极 — b 集电极 — c 发射极 — e
三极管的选用原则
考虑三极管的性能极限，按“2/3”安全原则选择合适的性能参数。:
集极电流ic：
ic icm时，三极管β值减小，失去放大功能。
集极功率pw：
pw pcm 三极管将烧坏。
集-射反向电压uce：
uceubvceo时，三极管产生很大的集电极电流击穿,造成永久性损坏。
工作频率ƒ：
ƒ=15%*ƒt
ƒt — 特征频率
随着工作频率的升高，三极管的放大能力将会下降，对应于β=1 时的频率ƒt叫作三极管的特征频率。
此外，还应考虑体积成本，优先选用贴片式三极管。
关于反激电源电气参数测量方法及注意事项
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语音合成技术的应用与挑战
三安光电Mini/Micro显示芯片产业化项目开工 计划总投资120亿元
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时钟发生器在单轨1.8V电源上运行
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μC/OS-II操作系统移植在LPC2378上的系统测试及问题解决方法
怎样用ETL认可的LED灯管替换荧光灯管