三極管工作原理及 NPN 和 PNP 型三極管介紹

一、三極管的工作原理

三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關，是電子電路的核心元件。

三極管由兩個 PN 結組成，這兩個 PN 結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有 PNP 和 NPN 兩種。

三極管的工作原理基于對電流的控制。以 NPN 三極管為例，當基極（B）有電流流入時，會引起發射極（E）到集電極（C）之間的電流導通。這是因為基極電流的存在，會改變發射結和集電結的偏置狀態，使得大量的電子從發射區注入到基區，然后這些電子在基區中擴散，其中一部分會到達集電區，形成集電極電流。而 PNP 三極管的工作原理與 NPN 三極管類似，只是電流的方向相反，即基極電流流出，發射極的空穴注入到基區，然后空穴在基區擴散，部分到達集電區形成集電極電流。

三極管有三種工作狀態：截止狀態、放大狀態和飽和狀態。

在截止狀態下，加在三極管發射結的電壓小于 PN 結的導通電壓，基極電流為零，集電極電流和發射極電流都為零，三極管這時失去了電流放大作用，集電極和發射極之間相當于開關的斷開狀態。

在放大狀態下，加在三極管發射結的電壓大于 PN 結的導通電壓，并處于某一恰當的值時，三極管的發射結正向偏置，集電結反向偏置。這時基極電流對集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，即集電極電流的變化量是基極電流變化量的 β 倍（β 為電流放大倍數）。

在飽和狀態下，當加在三極管發射結的電壓大于 PN 結的導通電壓，并當基極電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化。這時三極管失去電流放大作用，集電極與發射極之間的電壓很小，集電極和發射極之間相當于開關的導通狀態。

二、NPN 型三極管

（一）原理圖

NPN 型三極管的電路符號中，箭頭從基極（B）指向發射極（E），表示電流的流向是從基極到發射極。

（二）各個引腳介紹

• 基極（B）：基極是控制三極管導通和截止的關鍵引腳。通過在基極施加合適的電壓或電流信號，可以控制發射極到集電極之間的電流導通情況。
• 發射極（E）：發射極是三極管中發射載流子（對于 NPN 三極管為電子）的電極。在工作時，電子從發射極注入到基區。
• 集電極（C）：集電極是收集從發射極經過基區擴散過來的載流子（電子）的電極。集電極電流的大小受基極電流的控制，當三極管處于放大狀態時，集電極電流遠大于基極電流。

（三）工作特點

• 當基極電壓低于發射極電壓一定程度（通常硅管為 0.7V 左右）時，三極管處于截止狀態，集電極和發射極之間基本沒有電流通過。
• 當基極電壓高于發射極電壓且在合適范圍內時，三極管處于放大狀態，基極電流的微小變化會引起集電極電流較大的變化。
• 當基極電壓進一步升高，使得集電極電流不再隨基極電流的增加而明顯增加時，三極管進入飽和狀態。

例如，在一個簡單的共發射極放大電路中，NPN 三極管的基極通過一個電阻連接到輸入信號源，集電極連接到負載電阻，發射極接地。當輸入信號使基極電壓變化時，三極管的集電極電流相應變化，從而在負載電阻上產生放大后的信號電壓。

三、PNP 型三極管

（一）原理圖

PNP 型三極管的電路符號中，箭頭從發射極（E）指向基極（B），表示電流的流向是從發射極到基極。

（二）各個引腳介紹

• 基極（B）：功能與 NPN 三極管的基極類似，通過控制基極的電壓或電流來影響發射極到集電極的電流。
• 發射極（E）：是發射載流子（對于 PNP 三極管為空穴）的電極，空穴從發射極注入到基區。
• 集電極（C）：收集從基區過來的載流子（空穴），集電極電流受基極電流控制。

（三）工作特點

• 當發射極電壓低于基極電壓一定程度（通常硅管為 0.7V 左右）時，三極管處于截止狀態。
• 當發射極電壓高于基極電壓且在合適范圍內時，三極管處于放大狀態，此時發射極電流的變化會導致集電極電流相應變化。
• 當發射極電壓繼續升高，使集電極電流不再明顯隨發射極電流增加而變化時，三極管進入飽和狀態。

例如，在一個 PNP 三極管的開關電路中，發射極連接到電源正極，基極通過一個電阻連接到控制信號源，集電極連接到負載。當控制信號使基極電壓降低時，三極管導通，負載得電工作；當基極電壓升高到一定程度，三極管截止，負載停止工作。

總之，NPN 和 PNP 型三極管在工作原理上相似，但在電流流向和電壓偏置條件等方面存在相反的特點，這使得它們在不同的電路中有著各自的應用場景。在實際的電子電路設計和分析中，需要根據具體的要求和電路條件來正確選擇和使用這兩種類型的三極管。