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`同学：三极管是由两个 PN 结构成的
半导体器件，如果我们用两只
二极管按一定的方式连接起来（见图 1 ），能不能组成一个三极管呢？
老师：这个问题很多初学者都会提出来。三极管绝不是两个 PN 结的简单凑合，两个二极管的组合不能形成一个三极管。我们以 NPN 型三极管为例（见图 2 ），两个 PN 结共用了一个 P 区 —— 基区，基区做得极薄，只有几微米到几十微米，正是靠着它把两个 PN 结有机地结合成一个不可分割的整体，它们之间存在着相互联系和相互影响，使三极管完全不同于两个单独的 PN 结的特性。三极管在外加电压的作用下，形成基极电流、集电极电流和发射极电流，成为
电流放大器件。
同学：怎样理解三极管的
电流放大作用呢？
老师：三极管内部进行的物理过程是十分复杂的，初学者暂时不必去深入探讨。从应用的角度来讲，可以把三极管看作是一个电流分配器。一个三极管制成后，它的三个
电流之间的比例关系就大体上确定了（见图 3 ），用式子来表示就是
β 和 α 称为三极管的电流分配系数，其中 β 值大家比较熟悉，都管它叫电流放大系数。三个电流中，有一个电流发生变化，另外两个电流也会随着按比例地变化。例如，基极电流的变化量 ΔI b ＝ 10 μA ， β ＝ 50 ，根据 ΔI c ＝ βΔI b 的关系式，集电极电流的变化量 ΔI c ＝ 50×10 ＝ 500μA ，实现了 电流放大。 同学：为什么在三极管内部能够把基极电流变成比它大 β 倍的集电极 电流呢？
老师：这个问题问得好。三极管自身并不能把小电流变成大电流，它仅仅起着一种控制作用，控制着
电路里的
电源，按确定的比例向三极管提供 I b 、 I c 和 I e 这三个电流。为了容易理解，我们还是用水流比喻电流（见图 4 ）。这是粗、细两根水管，粗的管子内装有闸门，这个闸门是由细的管子中的水量控制着它的开启程度。如果细管子中没有水流，粗管子中的闸门就会关闭。注入细管子中的水量越大，闸门就开得越大，相应地流过粗管子的水就越多，这就体现出“以小控制大，以弱控制强”的道理。由图可见，细管子的水与粗管子的水在下端汇合在一根管子中。三极管的基极 b 、集电极 c 和发射极 e 就对应着图 4 中的细管、粗管和粗细交汇的管子。电路见图 5 ，若给三极管外加一定的电压，就会产生电流 I b 、 I c 和 I e 。调节电位器 RP 改变基极
电流I b ， I c 也随之变化。由于 I c ＝ βI b ，所以很小的 I b 控制着比它大 β 倍的 I c 。 I c 不是由三极管产生的，是由电源 V CC 在 I b 的控制下提供的，所以说三极管起着能量转换作用。
同学：为了得到比较高的放大倍数，选择三极管时是不是 β 越大越好？
老师：单纯从“放大”的角度来看，我们当然希望 β 值越大越好。可是，三极管接成共发射极放大电路（图 6 ）时，从管子的集电极 c 到发射极 e 总会产生一有害的漏电流，称为穿透电流 I ceo ，它的大小与 β 值近似成正比， β 值越大， I ceo 就越大。 I ceo 这种寄生电流不受 I b 控制，却成为集电极 电流I c 的一部分， I c ＝ βI b ＋ I ceo 。值得注意的是， I ceo 跟温度有密切的关系，温度升高， I ceo 急剧变大，破坏了放大电路工作的稳定性。所以，选择三极管时，并不是 β 越大越好，一般取硅管 β 为 40 ～ 150 ，锗管取 40 ～ 80 。
同学：三极管的穿透电流一般有多大呢？怎么测量穿透
电流？
老师：在常温下，锗管的穿透电流比较大，一般由几十微安到几百微安，硅管的穿透电流就比较小，一般只有零点几微安到几微安。 I ceo 虽然不大，却与温度有着密切的关系，它们遵循着所谓的“加倍规则”，这就是温度每升高 10℃ ， I ceo 约增大一倍。例如，某锗管在常温 20℃ 时， I ceo 为 20μA ，在使用中管芯温度上升到 50℃ ， I ceo 就增大到 160μA 左右。测量 I ceo 的电路很简单（图 7 ），三极管的基极开路，在集电极与发射极之间接入电源 V CC （ 6V ），串联在电路中的电流表（可用万用表中的 0.1mA 挡）所指示的 电流值就是 I ceo 。
同学：三极管的 β 是不是一个不变的常数呢？
老师：严格地说，三极管的 β 值不是一个不变的常数。在实际使用中，调整三极管的集电极电流 I ， β 值会随着发生变化（图 8 ）。一般说来，在 I c 很小（例如几十微安）或很大（即接近集电极最大允电流 I CM ）时， β 值都比较小，在 1mA 以上相当宽的范围内，小功率管的 β 值都比较大，所以，同学们在调试放大电路时，要确定合适的工作 电流I c ，以获得最佳放大状态。另外， β 值也和三极管的其它参数一样，跟温度有密切的关系。温度升高， β 值相应变大。一般温度每升高 1℃ ， β 值增加 0.5 ％～ 1 ％。
同学：为了保证三极管的 β 值不致下降太多，在使用中怎样对它的集电极
电流进行限制呢？
老师：三极管有一个极限参数叫集电极最大允许电流，用 I CM 表示。 I CM 常称为三极管的额定电流，所以人们常常误认为超过了 I CM 值，由于过热会把管子烧坏。实际上，规定 I CM 值是为避免集电极电流太大时引起 β 值下降过多。一般把 β 值降低到它的最大值一半左右时的集电极电流定为集电极最大允许 电流I CM 。 同学：三极管为什么分成高频管和低频管？ 老师：正好可以向大家进一步说明，三极管的 电流放大系数 β 值还与电路的工作频率有关。在一定的频率范围内，可以认为 β 值是不随频率变化的（图 9 ），可是当频率升高到超过某一数值后， β 值就会明显下降。为了保证三极管在高频时仍然具有足够的放大能力，人们规定：当频率升高到使 β 值下降到低频（ 1000Hz ）值 β 0 的 0.707 倍时，所对应的频率称为 β 截止频率，用 f β 表示。 f β 就是三极管接成共发射极电路时所允许的最高工作频率。
同学：怎样划分低频管和高频管呢？
老师：回答这个问题，还需要多说几句。刚刚提到的三极管 β 截止频率 f β 是在三极管接成共发射极放大电路时测定的。如果三极管接成共基极电路，随着频率的升高，其 电流放大系数 α （ α ＝ I c ／ I e ）值下降到低频（ 1000Hz ）值 α o 的 0.707 倍时，所对应的频率称为 α 截止频率，用 f α 表示（图 10 ）。 f α 反映了三极管共基极运用时的频率限制。在三极管产品系列中，常根据 f α 的大小划分低频管和高频管。国家规定， f α ＜ 3MHz 的为低频管， f α ＞ 3MHz 的为高频管。
同学：假如三极管的工作频率高于 f β 值，会不会失去
电流放大能力呢？ f β 与 f α 的关系是什么？
老师：当频率高于 f β 值后，继续升高频率， β 值将随之下降，直到 β ＝ 1 ，三极管就失去了放大能力。为此，人们规定：在高频条件下， β ＝ 1 时所对应的频率，称为特征频率，用 f T 表示。 f T 常作为标志三极管频率特性好坏的重要参数。在选择三极管时，应使管子的特征频率 f T 比实际工作频率高出 3 ～ 5 倍。 f α 与 f β 的物理意义是相同的，仅仅是放大电路连接方式不同。理论分析和实验都可以证明，同一只三极管的 f β 值远比 f α 值要小，它们之间的关系为 f β ＝（ 1 － α ） f α 这就说明了共发射极电路的极限工作频率比共基极电路低得多。所以，高频放大和振荡电路大多采用共基极连接。`
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· 2012-12-17 22:48:13
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