三极管工作原理及 NPN 和 PNP 型三极管介绍

一、三极管的工作原理

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关，是电子电路的核心元件。

三极管由两个 PN 结组成，这两个 PN 结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和 NPN 两种。

三极管的工作原理基于对电流的控制。以 NPN 三极管为例，当基极（B）有电流流入时，会引起发射极（E）到集电极（C）之间的电流导通。这是因为基极电流的存在，会改变发射结和集电结的偏置状态，使得大量的电子从发射区注入到基区，然后这些电子在基区中扩散，其中一部分会到达集电区，形成集电极电流。而 PNP 三极管的工作原理与 NPN 三极管类似，只是电流的方向相反，即基极电流流出，发射极的空穴注入到基区，然后空穴在基区扩散，部分到达集电区形成集电极电流。

三极管有三种工作状态：截止状态、放大状态和饱和状态。

在截止状态下，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。

在放大状态下，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，即集电极电流的变化量是基极电流变化量的 β 倍（β 为电流放大倍数）。

在饱和状态下，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。

二、NPN 型三极管

（一）原理图

NPN 型三极管的电路符号中，箭头从基极（B）指向发射极（E），表示电流的流向是从基极到发射极。

（二）各个引脚介绍

• 基极（B）：基极是控制三极管导通和截止的关键引脚。通过在基极施加合适的电压或电流信号，可以控制发射极到集电极之间的电流导通情况。
• 发射极（E）：发射极是三极管中发射载流子（对于 NPN 三极管为电子）的电极。在工作时，电子从发射极注入到基区。
• 集电极（C）：集电极是收集从发射极经过基区扩散过来的载流子（电子）的电极。集电极电流的大小受基极电流的控制，当三极管处于放大状态时，集电极电流远大于基极电流。

（三）工作特点

• 当基极电压低于发射极电压一定程度（通常硅管为 0.7V 左右）时，三极管处于截止状态，集电极和发射极之间基本没有电流通过。
• 当基极电压高于发射极电压且在合适范围内时，三极管处于放大状态，基极电流的微小变化会引起集电极电流较大的变化。
• 当基极电压进一步升高，使得集电极电流不再随基极电流的增加而明显增加时，三极管进入饱和状态。

例如，在一个简单的共发射极放大电路中，NPN 三极管的基极通过一个电阻连接到输入信号源，集电极连接到负载电阻，发射极接地。当输入信号使基极电压变化时，三极管的集电极电流相应变化，从而在负载电阻上产生放大后的信号电压。

三、PNP 型三极管

（一）原理图

PNP 型三极管的电路符号中，箭头从发射极（E）指向基极（B），表示电流的流向是从发射极到基极。

（二）各个引脚介绍

• 基极（B）：功能与 NPN 三极管的基极类似，通过控制基极的电压或电流来影响发射极到集电极的电流。
• 发射极（E）：是发射载流子（对于 PNP 三极管为空穴）的电极，空穴从发射极注入到基区。
• 集电极（C）：收集从基区过来的载流子（空穴），集电极电流受基极电流控制。

（三）工作特点

• 当发射极电压低于基极电压一定程度（通常硅管为 0.7V 左右）时，三极管处于截止状态。
• 当发射极电压高于基极电压且在合适范围内时，三极管处于放大状态，此时发射极电流的变化会导致集电极电流相应变化。
• 当发射极电压继续升高，使集电极电流不再明显随发射极电流增加而变化时，三极管进入饱和状态。

例如，在一个 PNP 三极管的开关电路中，发射极连接到电源正极，基极通过一个电阻连接到控制信号源，集电极连接到负载。当控制信号使基极电压降低时，三极管导通，负载得电工作；当基极电压升高到一定程度，三极管截止，负载停止工作。

总之，NPN 和 PNP 型三极管在工作原理上相似，但在电流流向和电压偏置条件等方面存在相反的特点，这使得它们在不同的电路中有着各自的应用场景。在实际的电子电路设计和分析中，需要根据具体的要求和电路条件来正确选择和使用这两种类型的三极管。