25/25晶體三極管的結(jié)構(gòu)和類型

晶體三極管，是半導(dǎo)體差不多元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距專門近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種，如圖從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分不為基極b發(fā)射極e和集電極c。

發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)專門薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。

三極管的封裝形式和管腳識不

常用三極管的封裝形式有金屬封裝和塑料封裝兩大類，引腳的排列方式具有一定的規(guī)律，如圖關(guān)于小功率金屬封裝三極管，按圖示底視圖位置放置，使三個(gè)引腳構(gòu)成等腰三角形的頂點(diǎn)上，從左向右依次為ebc；關(guān)于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個(gè)引腳朝下放置，則從左到右依次為ebc。

目前，國內(nèi)各種類型的晶體三極管有許多種，管腳的排列不盡相同，在使用中不確定管腳排列的三極管，必須進(jìn)行測量確定各管腳正確的位置，或查找晶體管使用手冊，明確三極管的特性及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)和資料。

晶體三極管的電流放大作用

晶體三極管具有電流放大作用，事實(shí)上質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來操縱集電極電流較大的變化量。這是三極管最差不多的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號“β”表示。電流放大倍數(shù)關(guān)于某一只三極管來講是一個(gè)定值，但隨著三極管工作時(shí)基極電流的變化也會有一定的改變。

晶體三極管的三種工作狀態(tài)

截止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，我們稱三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。

放大狀態(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時(shí)基極電流對集電極電流起著操縱作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)β＝ΔIc/ΔIb，這時(shí)三極管處放大狀態(tài)。

飽和導(dǎo)通狀態(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，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如何變化，這時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓專門小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)我們稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

依照三極管工作時(shí)各個(gè)電極的電位高低，就能判不三極管的工作狀態(tài)，因此，電子維修人員在維修過程中，經(jīng)常要拿多用電表測量三極管各腳的電壓，從而判不三極管的工作情況和工作狀態(tài)。

使用多用電表檢測三極管

三極管基極的判不：依照三極管的結(jié)構(gòu)示意圖，我們明白三極管的基極是三極管中兩個(gè)PN結(jié)的公共極，因此，在判不三極管的基極時(shí)，只要找出兩個(gè)PN結(jié)的公共極，即為三極管的基極。具體方法是將多用電表調(diào)至電阻擋的R×1k擋，先用紅表筆放在三極管的一只腳上，用黑表筆去碰三極管的另兩只腳，假如兩次全通，則紅表筆所放的腳確實(shí)是三極管的基極。假如一次沒找到，則紅表筆換到三極管的另一個(gè)腳，再測兩次；如還沒找到，則紅表筆再換一下，再測兩次。假如還沒找到，則改用黑表筆放在三極管的一個(gè)腳上，用紅表筆去測兩次看是否全通，若一次沒成功再換。如此最多沒量12次，總能夠找到基極。

三極管類型的判不：三極管只有兩種類型，即ＰＮＰ型和ＮＰＮ型。判不時(shí)只要明白基極是Ｐ型材料還Ｎ型材料即可。當(dāng)用多用電表R×1k擋時(shí)，黑表筆代表電源正極，假如黑表筆接基極時(shí)導(dǎo)通，則講明三極管的基極為Ｐ型材料，三極管即為ＮＰＮ型。假如紅表筆接基極導(dǎo)通，則講明三極管基極為Ｎ型材料，三極管即為ＰＮＰ型。

電子三極管

在弗萊明為改進(jìn)無線電檢波器而發(fā)明二極管的同時(shí)，美國物理學(xué)博士弗雷斯特也在潛心研究檢波器。正當(dāng)他的研究步步深入時(shí)，傳來了英國的弗萊明發(fā)明成功真空二極管的消息，使他大受震動。是改弦易轍依舊接著下去呢？他想到弗萊明的二極管可用于整流和檢波，但還不能放大電信號。因此，德弗雷斯特又通過兩年的研制，終于改進(jìn)了弗萊明的二極管，作出了新的發(fā)明。在二極管的陰極和陽極中間插入第三個(gè)具有操縱電子運(yùn)動功能的電極（棚極）。棚極上電壓的微弱信號變化，能夠調(diào)制從陰極流向陽極的電流，因此能夠得到與輸入信號變化相同，但強(qiáng)度大大增加的電流。這確實(shí)是德弗雷斯特發(fā)明的三極管的“放大”作用。

1912年，德弗雷斯特又成功地做了幾個(gè)三極管的連接實(shí)驗(yàn)，得到了比單個(gè)三極管大得多的放大能力。專門快，德弗雷斯特研制出第一個(gè)電子放大器用于電話中繼器，放大微弱的電話信號，他是在電話中使用電子產(chǎn)品的第一人。此外，三極管還可振蕩產(chǎn)生電磁波，也確實(shí)是講，因此，國外許多人都將三極管的發(fā)明看作是電子工業(yè)真正的誕生。

MOS場效應(yīng)管

即金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場效應(yīng)管，英文縮寫為MOSFET（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor），屬于絕緣柵型。其要緊特點(diǎn)是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層，因此具有專門高的輸入電阻（最高可達(dá)1015Ω）。它也分N溝道管和P溝道管，符號如圖1所示。通常是將襯底（基板）與源極S接在一起。依照導(dǎo)電方式的不同，MOSFET又分增強(qiáng)型、耗盡型。所謂增強(qiáng)型是指：當(dāng)VGS=0時(shí)管子是呈截止?fàn)顟B(tài)，加上正確的VGS后，多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而“增強(qiáng)”了該區(qū)域的載流子，形成導(dǎo)電溝道。耗盡型則是指，當(dāng)VGS=0時(shí)即形成溝道，加上正確的VGS時(shí)，能使多數(shù)載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉(zhuǎn)向截止。

以N溝道為例，它是在P型硅襯底上制成兩個(gè)高摻雜濃度的源擴(kuò)散區(qū)N+和漏擴(kuò)散區(qū)N+，再分不引出源極S和漏極D。源極與襯底在內(nèi)部連通，二者總保持等電位。圖1（a）符號中的前頭方向是從外向電，表示從P型材料（襯底）指身N型溝道。當(dāng)漏接電源正極，源極接電源負(fù)極并使VGS=0時(shí)，溝道電流（即漏極電流）ID=0。隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)之間就感應(yīng)出帶負(fù)電的少數(shù)載流子，形成從漏極到源極的N型溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VTN（一般約為+2V）時(shí)，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID。

國產(chǎn)N溝道MOSFET的典型產(chǎn)品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均為單柵管），4DO1（雙柵管）。它們的管腳排列（底視圖）見圖2。

MOS場效應(yīng)管比較“嬌氣”。這是由于它的輸入電阻專門高，而柵-源極間電容又特不小，極易受外界電磁場或靜電的感應(yīng)而帶電，而少量電荷就可在極間電容上形成相當(dāng)高的電壓（U=Q/C），將管子損壞。因此了廠時(shí)各管腳都絞合在一起，或裝在金屬箔內(nèi)，使G極與S極呈等電位，防止積存靜電荷。管子不用時(shí)，全部引線也應(yīng)短接。在測量時(shí)應(yīng)格外小心，并采取相應(yīng)的防靜電感措施。下面介紹檢測方法。

1．預(yù)備工作

測量之前，先把人體對地短路后，才能摸觸MOSFET的管腳。最好在手腕上接一條導(dǎo)線與大地連通，使人體與大地保持等電位。再把管腳分開，然后拆掉導(dǎo)線。

2．判定電極

將萬用表撥于R×100檔，首先確定柵極。若某腳與其它腳的電阻差不多上無窮大，證明此腳確實(shí)是柵極G。交換表筆重測量，S-D之間的電阻值應(yīng)為幾百歐至幾千歐，其中阻值較小的那一次，黑表筆接的為D極，紅表筆接的是S極。日本生產(chǎn)的3SK系列產(chǎn)品，S極與管殼接通，據(jù)此專門容易確定S極。

3．檢查放大能力（跨導(dǎo)）

將G極懸空，黑表筆接D極，紅表筆接S極，然后用手指觸摸G極，表針應(yīng)有較大的偏轉(zhuǎn)。雙柵MOS場效應(yīng)管有兩個(gè)柵極G1、G2。為區(qū)分之，可用手分不觸摸G1、G2極，其中表針向左側(cè)偏轉(zhuǎn)幅度較大的為G2極。

目前有的MOSFET管在G-S極間增加了愛護(hù)二極管，平常就不需要把各管腳短路了。

VMOS場效應(yīng)管

VMOS場效應(yīng)管（VMOSFET）簡稱VMOS管或功率場效應(yīng)管，其全稱為V型槽MOS場效應(yīng)管。它是繼MOSFET之后新進(jìn)展起來的高效、功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場效應(yīng)管輸入阻抗高（≥108W）、驅(qū)動電流?。ㄗ笥?.1μA左右），還具有耐壓高（最高可耐壓1200V）、工作電流大（1.5A～100A）、輸出功率高（1～250W）、跨導(dǎo)的線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。正是由于它將電子管與功率晶體管之優(yōu)點(diǎn)集于一身，因此在電壓放大器（電壓放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)千倍）、功率放大器、開關(guān)電源和逆變器中正獲得廣泛應(yīng)用。

眾所周知，傳統(tǒng)的MOS場效應(yīng)管的柵極、源極和漏極大大致處于同一水平面的芯片上，其工作電流差不多上是沿水平方向流淌。VMOS管則不同，從圖1上能夠看出其兩大結(jié)構(gòu)特點(diǎn):第一，金屬柵極采納V型槽結(jié)構(gòu)；第二，具有垂直導(dǎo)電性。由于漏極是從芯片的背面引出，因此ID不是沿芯片水平流淌，而是自重?fù)诫sN+區(qū)（源極S）動身，通過P溝道流入輕摻雜N-漂移區(qū)，最后垂直向下到達(dá)漏極D。電流方向如圖中箭頭所示，因?yàn)榱魍ń孛娣e增大，因此能通過大電流。由于在柵極與芯片之間有二氧化硅絕緣層，因此它仍屬于絕緣柵型MOS場效應(yīng)管。

國內(nèi)生產(chǎn)VMOS場效應(yīng)管的要緊廠家有877廠、天津半導(dǎo)體器件四廠、杭州電子管廠等，典型產(chǎn)品有VN401、VN672、VMPT2等。表1列出六種VMOS管的要緊參數(shù)。其中，IRFPC50的外型如圖3所示。

下面介紹檢測VMOS管的方法。

1．判定柵極G

將萬用表撥至R×1k檔分不測量三個(gè)管腳之間的電阻。若發(fā)覺某腳與其字兩腳的電阻均呈無窮大，同時(shí)交換表筆后仍為無窮大，則證明此腳為G極，因?yàn)樗土硗鈨蓚€(gè)管腳是絕緣的。

2．判定源極S、漏極D

由圖1可見，在源-漏之間有一個(gè)PN結(jié)，因此依照PN結(jié)正、反向電阻存在差異，可識不S極與D極。用交換表筆法測兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，現(xiàn)在黑表筆的是S極，紅表筆接D極。

3．測量漏-源通態(tài)電阻RDS（on）

將G-S極短路，選擇萬用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。

由于測試條件不同，測出的RDS（on）值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表R×1檔實(shí)測一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大于0.58W（典型值）。

4．檢查跨導(dǎo)

將萬用表置于R×1k（或R×100）檔，紅表筆接S極，黑表筆接D極，手持螺絲刀去碰觸柵極，表針應(yīng)有明顯偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)愈大，管子的跨導(dǎo)愈高。

注意事項(xiàng)：

（1）VMOS管亦分N溝道管與P溝道管，但絕大多數(shù)產(chǎn)品屬于N溝道管。關(guān)于P溝道管，測量時(shí)應(yīng)交換表筆的位置。

（2）有少數(shù)VMOS管在G-S之間并有愛護(hù)二極管，本檢測方法中的1、2項(xiàng)不再適用。

（3）目前市場上還有一種VMOS管功率模塊，專供交流電機(jī)調(diào)速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊，內(nèi)部有N溝道、P溝道管各三只，構(gòu)成三相橋式結(jié)構(gòu)。

（4）現(xiàn)在市售VNF系列（N溝道）產(chǎn)品，是美國Supertex公司生產(chǎn)的超高頻功率場效應(yīng)管，其最高工作頻率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信號低頻跨導(dǎo)gm=2000μS。適用于高速開關(guān)電路和廣播、通信設(shè)備中。

（5）使用VMOS管時(shí)必須加合適的散熱器后。以VNF306為例，該管子加裝140×140×4（mm）的散熱器后，最大功率才能達(dá)到30W場效應(yīng)晶體管

場效應(yīng)晶體管(FET)簡稱場效應(yīng)管，它屬于電壓操縱型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。

場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）因有兩個(gè)PN結(jié)而得名，絕緣柵型場效應(yīng)管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是MOS場效應(yīng)管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應(yīng)管，以及最近剛問世的πMOS場效應(yīng)管、VMOS功率模塊等。

按溝道半導(dǎo)體材料的不同，結(jié)型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來劃分，場效應(yīng)管又可分成耗盡型與增強(qiáng)型。結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。

場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管。而MOS場效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型；P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。見附圖1。

MOS場效應(yīng)晶體管使用注意事項(xiàng)。

MOS場效應(yīng)晶體管在使用時(shí)應(yīng)注意分類，不能隨意互換。MOS場效應(yīng)晶體管由于輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用時(shí)應(yīng)注意以下規(guī)則：

1.

MOS器件出廠時(shí)通常裝在黑色的導(dǎo)電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個(gè)塑料袋裝。也可用細(xì)銅線把各個(gè)引腳連接在一起，或用錫紙包裝

2.取出的MOS器件不能在塑料板上滑動，應(yīng)用金屬盤來盛放待用器件。

3.焊接用的電烙鐵必須良好接地。

4.在焊接前應(yīng)把電路板的電源線與地線短接，再M(fèi)OS器件焊接完成后在分開。

5.MOS器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機(jī)時(shí)順序相反。

6.電路板在裝機(jī)之前，要用接地的線夾子去碰一下機(jī)器的各接線端子，再把電路板接上去。

7.MOS場效應(yīng)晶體管的柵極在同意條件下，最好接入愛護(hù)二極管。在檢修電路時(shí)應(yīng)注意查證原有的愛護(hù)二極管是否損壞。

場效應(yīng)管的測試。

下面以常用的3DJ型N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例解釋其測試方法：

3DJ型結(jié)型場效應(yīng)管可看作一只NPN型的晶體三極管，柵極G對應(yīng)基極b，漏極D對應(yīng)集電極c，源極S對應(yīng)發(fā)射極e。因此只要像測量晶體三極管那樣測PN結(jié)的正、反向電阻既可。把萬用表撥在R*100擋用黑表筆接場效應(yīng)管其中一個(gè)電極，紅表筆分不接另外兩極，當(dāng)出現(xiàn)兩次低電阻時(shí)，黑表筆接的確實(shí)是場效應(yīng)管的柵極。紅表筆接的確實(shí)是漏極或源極。對結(jié)型場效應(yīng)管而言，漏極和源極能夠互換。關(guān)于有4個(gè)管腳的結(jié)型場效應(yīng)管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。

目前常用的結(jié)型場效應(yīng)管和MOS型絕緣柵場效應(yīng)管的管腳順序如圖2所示。

場效應(yīng)晶體管的好壞的推斷。

先用MF10型萬用表R*100KΩ擋（內(nèi)置有15V電池），把負(fù)表筆（黑）接?xùn)艠O（G），正表筆（紅）接源極（S）。給柵、源極之間充電，現(xiàn)在萬用表指針有輕微偏轉(zhuǎn)。再該用萬用表R*1Ω擋，將負(fù)表筆接漏極（D），正表筆接源極（S），萬用表指示值若為幾歐姆，則講明場效應(yīng)管是好的。硅管、鍺管的判不

硅管和鍺管在特性上有專門大不同，使用時(shí)應(yīng)加以區(qū)不。我們明白，硅管和鍺管的PN結(jié)正向電阻是不一樣的，即硅管的正向電阻大，鍺管的小。利用這一特性就能夠用萬用表來判不一只晶體管是硅管依舊鍺管。

判不方法如下：

將萬用表撥到R*100擋或R*1K擋。測量二極管時(shí)，萬用表的正端接二極管的負(fù)極，負(fù)端接二極管的正極；測量NPN型的三極管時(shí)，萬用表的負(fù)端接基極，正端接集電極或發(fā)射極；測量PNP型的三極管時(shí)，萬用表的正端接基極，負(fù)端接集電極或發(fā)射極。

按上述方法接好后，假如萬用表的表針指示在表盤的右端或靠近滿刻度的位置上（即阻值較小），那么所測的管子是鍺管；假如萬用表的表針在表盤的中間或偏右一點(diǎn)的位置上（即阻值較大），那么所測的管子是硅管。

測判三極管的口訣

三極管的管型及管腳的判不是電子技術(shù)初學(xué)者的一項(xiàng)差不多功，為了關(guān)心讀者迅速掌握測判方法，筆者總結(jié)出四句口訣：“三顛倒，找基極；PN結(jié)，定管型；順箭頭，偏轉(zhuǎn)大；測不準(zhǔn)，動嘴巴。”下面讓我們逐句進(jìn)行解釋吧。

一、三顛倒，找基極

大伙兒明白，三極管是含有兩個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。依照兩個(gè)PN結(jié)連接方式不同，能夠分為NPN型和PNP型兩種不同導(dǎo)電類型的三極管，圖1是它們的電路符號和等效電路。

測試三極管要使用萬用電表的歐姆擋，并選擇R×100或R×1k擋位。圖2繪出了萬用電表歐姆擋的等效電路。由圖可見，紅表筆所連接的是表內(nèi)電池的負(fù)極，黑表筆則連接著表內(nèi)電池的正極。

假定我們并不明白被測三極管是NPN型依舊PNP型，也分不清各管腳是什么電極。測試的第一步是推斷哪個(gè)管腳是基極。這時(shí)，我們?nèi)稳蓚€(gè)電極(如這兩個(gè)電極為1、2)，用萬用電表兩支表筆顛倒測量它的正、反向電阻，觀看表針的偏轉(zhuǎn)角度；接著，再取1、3兩個(gè)電極和2、3兩個(gè)電極，分不顛倒測量它們的正、反向電阻，觀看表針的偏轉(zhuǎn)角度。在這三次顛倒測量中，必定有兩次測量結(jié)果相近：即顛倒測量中表針一次偏轉(zhuǎn)大，一次偏轉(zhuǎn)?。皇Ｏ乱淮伪囟ㄊ穷嵉箿y量前后指針偏轉(zhuǎn)角度都專門小，這一次未測的那只管腳確實(shí)是我們要查找的基極(參看圖1、圖2不難理解它的道理)。

二、PN結(jié)，定管型

找出三極管的基極后，我們就能夠依照基極與另外兩個(gè)電極之間PN結(jié)的方一直確定管子的導(dǎo)電類型(圖1)。將萬用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個(gè)電極中的任一電極，若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度專門大，則講明被測三極管為NPN型管；若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度專門小，則被測管即為PNP型。

三、順箭頭，偏轉(zhuǎn)大

找出了基極b，另外兩個(gè)電極哪個(gè)是集電極c，哪個(gè)是發(fā)射極e呢?這時(shí)我們能夠用測穿透電流ICE