結構與操作原理
三極體的基本結構是兩個反向鏈結的pn接面，如圖1所示，可有pnp和npn
兩種組合。三個接出來的端點依序稱為射極（emitter, e）、基極（base, b）和集
極（collector, c），名稱**和它們在三極體操作時的功能有關。圖中也顯示出
npn與pnp三極體的電路符號，射極特別被標出，箭號所指的極為n型半導體，
和二極體的符號一致。在沒接外加偏壓時，兩個pn接面都會形成耗盡區，將中
性的p型區和n型區隔開。
圖1 pnp(a)與npn(b)三極體的結構示意圖與電路符號。
三極體的電特性和兩個pn接面的偏壓有關，工作區間也依偏壓方式來分類，這裡
我們先討論最常用的所謂」正向活性區」(forward active)，在此區eb極間的pn接
面維持在正向偏壓，而bc極間的pn接面則在反向偏壓，通常用作放大器的三極體
都以此方式偏壓。圖2(a)為一pnp三極體在此偏壓區的示意圖。 eb接面的空乏
區由於在正向偏壓會變窄，載體看到的位障變小，射極的電洞會注入到基極，基
極的電子也會注入到射極；而bc接面的耗盡區則會變寬，載體看到的位障變大，
故本身是不導通的。圖2(b)畫的是沒外加偏壓，和偏壓在正向活性區兩種情形
下，電洞和電子的電位能的分布圖。
三極體和兩個反向相接的pn二極體有什麼差別呢？其間最大的不同部分就在
於三極體的兩個接面相當接近。以上述之偏壓在正向活性區之pnp三極體為例，
射極的電洞注入基極的n型中性區，馬上被多數載體電子包圍遮蔽，然後朝集電極
方向擴散，同時也被電子復合。當沒有被復合的電洞到達bc接面的耗盡區時，
會被此區內的電場加速掃入集電極，電洞在集電極中為多數載體，很快藉由漂移電流
到達鏈結外部的歐姆接點，形成集電極電流ic。 ic的大小和bc間反向偏壓的大小
關係不大。基極外部僅需提供與注入電洞復合部分的電子流ibrec，與由基極注入
射極的電子流inb? e（這部分是三極體作用不需要的部分）。 inb? e在射極與與電
洞復合，即inb? e=ierec。pnp三極體在正向活性區時主要的電流種類可以清楚地
在圖3(a)中看出。
圖2 (a)一pnp三極體偏壓在正向活性區；(b)沒外加偏壓，和偏壓在正向
活性區兩種情形下，電洞和電子的電位能的分布圖比較。
圖3 (a) pnp三極體在正向活性區時主要的電流種類；(b)電洞電位能分布及
注入的情形；(c)電子的電位能分布及注入的情形。
一般三極體設計時，射極的摻雜濃度較基極的高許多，如此由射極注入基極
的射極主要載體電洞（也就是基極的少數載體）ipe? b電流會比由基極注入射極
的載體電子電流inb? e大很多，三極體的效益比較高。圖3(b)和(c)個別畫出電洞
和電子的電位能分布及載體注入的情形。同時如果基極中性區的寬度wb愈窄，
電洞通過基極的時間愈短，被多數載體電子復合的機率愈低，到達集電極的有效電
洞流ipe? c愈大，基極必須提供的復合電子流也降低，三極體的效益也就愈高。
集電極的摻雜通常最低，如此可增大cb極的崩潰電壓，並減小bc間反向偏壓的
pn接面的反向飽和電流，這裡我們忽略這個反向飽和電流。
由圖4(a)，我們可以把各種電流的關係寫下來：
射極電流ie=ipe? b+ ierec = ipe? b+ inb? e =ipe? c+ ibrec + inb? e (1a)
基極電流ib= inb? e + ibrec= ierec + ibrec (1b)
集電極電流ic =ipe? c= ie - ierec - ibrec= ie - ib (1c)
式1c也可以寫成
ie = ic + ib
射極注入基極的電洞流大小是由eb接面間的正向偏壓大小來控制，和二極體的情形類似，在啟動電壓附近，微小的偏壓變化，即可造成很大的注入電流變化。更精確的說，三極體是利用veb（或vbe）的變化來控制ic，而且提供之ib遠比ic小。npn三極體的操作原理和pnp三極體是一樣的，只是偏壓方向，電流方向均相反，電子和電洞的角色互易。
pnp三極體是利用veb控制由射極經基極、入射到集電極的電洞，而npn三極體則是利用vbe控制由射極經基極、入射到集電極的電子，圖4是二者的比較。經過上面討論可以看出，三極體的效益可以由在正向活性區時，射極電流中有多少比例可以到達集電極看出，這個比例習慣性定義作希臘字母α
圖4 pnp三極體與npn三極體在正向活性區的比較。
而且a一定小於1。效益高的三極體，a可以比0.99大，也就是只有小於1%的射極
電流在基極與射極內與基極的主要載體復合，超過99%的射極電流到達集電極！
了解正向活性區的工作原理後，三極體在其他偏壓方式的工作情形就很容易理
解了。表1列出三極體四種工作方式的名稱及對應之be和bc之pn接面偏壓方
式。反向活性區(reverse active)是將原來之集電極用作射極，原來的射極當作集電極，
但由於原來集電極之摻雜濃度較基極低，正向偏壓時由原基極注入到原集電極之載體
遠較原集電極注入基極的多，效益很差，也就是說和正向活性區相比，提供相同的
基極電流，能夠開關控制的集電極電流較少，a較小。在飽和區(saturation)，兩個
接面都是正向偏壓，射極和集電極同時將載體注入基極，基極因此堆積很多少數載
體，基極復合電流大增，而且射極和集電極的電流抵銷，被控制的電流量減小。在
截止區(cut off)，be和bc接面均不導通，各極間只有很小的反向飽和電流，三
極間可視作開路，也就是開關在關的狀態。
表中同時列出了四種工作方式的主要用途。 三極體在數位電路中的用途其實
就是開關，利用電訊號使三極體在正向活性區（或飽和區）與截止區間切換，就
開關而言，對應開與關的狀態，就數位電路而言則代表0與1（或1與0）兩個
二進位數字。若三極體一直維持偏壓在正向活性區，在射極與基極間微小的電信
號（可以是電壓或電流）變化，會造成射極與集電極間電流相對上很大的變化，故
可用作訊號放大器。下面在介紹完三極體的電流電壓特性後，會再仔細討論三極體
的用途。
三極體截止與飽合狀態
截止狀態
三極體作為開關使用時，仍是處於下列兩種狀態下工作。
1.截止(cut off)狀態:如圖5所示，當三極體之基極不加偏壓或
加上反向偏壓使be極截止時(be極之特性和二極體相同，須加
上大於0.7v之正向偏壓時才態導通)，基極電流ib=0，因為ic=β
ib，所以ic=ie=0，此時ce極之間相當於斷路，負載無電流。
飽合(saturation)狀態:如圖6所示，當三極體之基極加入駛
大的電流時，因為ic≒ie=β×ib，射極和集極的電流亦非常大，此
時，集極與射極之間的電壓降非常低(vce為0.4v以下)，其意義相
當於集極與射極之間完全導通，此一狀態稱為三極體飽合。
圖6 (a)基極加上足夠的順向(b)此時c-e極之間視同
偏壓使ib足夠大導通狀態
電晶體的電路符號和各三個電極的名稱如下
圖7 pnp型三極體圖8npn型三極體
三極體的特性曲線
1、輸入特性
圖2 （b)是三極體的輸入特性曲線，它表示ib隨ube的變化關係，其特點是：1）當uce在0-2伏範圍內，曲線位置和形狀與uce有關，但當uce高於2伏後，曲線uce基本無關通常輸入特性由兩條曲線（ⅰ和ⅱ）表示即可。
2）當ube＜uber時，ib≈o稱（0～uber)的區段為「死區」當ube＞uber時，ib隨ube增加而增加，放大時，三極體工作在較直線的區段。
3）三極體輸入電阻，定義為:
rbe=(△ube/△ib)q點，其估算公式為：
rbe=rb+(β+1)(26毫伏/ie毫伏）
rb為三極體的基區電阻，對低頻小功率管，rb約為300歐。
2、輸出特性
輸出特性表示ic隨uce的變化關係（以ib為引數）從圖9（c）所示的輸出特性可見，它分為三個區域：截止區、放大區和飽和區。
截止區當ube＜0時，則ib≈0，發射區沒有電子注入基區，但由於分子的熱運動，集電集仍有小量電流通過，即ic=iceo稱為穿透電流，常溫時iceo約為幾微安，鍺管約為幾十微安至幾百微安，它與集電極反向電流icbo的關係是：
icbo=(1+β)icbo
常溫時矽管的icbo小於1微安，鍺管的icbo約為10微安，對於鍺管，溫度每公升高12℃，icbo數值增加一倍，而對於矽管溫度每公升高8℃， icbo數值增大一倍，雖然矽管的icbo隨溫度變化更劇烈，但由於鍺管的icbo值本身比矽管大，所以鍺管仍然受溫度影響較嚴重的管，放大區，當晶體三極體發射結處於正偏而集電結於反偏工作時，ic隨ib近似作線性變化，放大區是三極體工作在放大狀態的區域。
飽和區當發射結和集電結均處於正偏狀態時，ic基本上不隨ib而變化，失去了放大功能。根據三極體發射結和集電結偏置情況，可能判別其工作狀態。
圖9三極體的主要引數
1、直流引數
（1）集電極一基極反向飽和電流icbo，發射極開路（ie=0)時，基極和集電極之間加上規定的反向電壓vcb時的集電極反向電流，它只與溫度有關，在一定溫度下是個常數，所以稱為集電極一基極的反向飽和電流。良好的三極體，icbo很小，小功率鍺管的icbo約為1～10微安，大功率鍺管的icbo可達數毫安培，而矽管的icbo則非常小，是毫微安級。
（2）集電極一發射極反向電流iceo(穿透電流）基極開路（ib=0）時，集電極和發射極之間加上規定反向電壓vce時的集電極電流。 iceo大約是icbo的β倍即iceo=(1+β)icbo o icbo和iceo受溫度影響極大，它們是衡量管子熱穩定性的重要引數，其值越小，效能越穩定，小功率鍺管的iceo比矽管大。
（3）發射極---基極反向電流iebo集電極開路時，在發射極與基極之間加上規定的反向電壓時發射極的電流，它實際上是發射結的反向飽和電流。
（4）直流電流放大係數β1（或hef）這是指共發射接法，沒有交流訊號輸入時，集電極輸出的直流電流與基極輸入的直流電流的比值，即：
β1=ic/ib
2、交流引數
（1）交流電流放大係數β（或hfe）這是指共發射極接法，集電極輸出電流的變化量△ic與基極輸入電流的變化量△ib之比，即：
β= △ic/△ib
一般電晶體的β大約在10-200之間，如果β太小，電流放大作用差，如果β太大，電流放大作用雖然大，但效能往往不穩定。
（2）共基極交流放大係數α（或hfb）這是指共基接法時，集電極輸出電流的變化是△ic與發射極電流的變化量△ie之比，即：
α=△ic/△ie
因為△ic＜△ie，故α＜1。高頻三極體的α＞0.90就可以使用
α與β之間的關係：
α= β/（1+β）
β= α/（1-α）≈1/（1-α）
（3）截止頻率fβ、fα當β下降到低頻時0.707倍的頻率，就什發射極的截止頻率fβ；當α下降到低頻時的0.707倍的頻率，就什基極的截止頻率fαo fβ、 fα是表明管子頻率特性的重要引數，它們之間的關係為：
fβ≈（1-α）fα
（4）特徵頻率ft因為頻率f上公升時，β就下降，當β下降到1時，對應的ft是全面地反映電晶體的高頻放大效能的重要引數。
3、極限引數
（1）集電極最大允許電流icm當集電極電流ic增加到某一數值，引起β值下降到額定值的2/3或1/2，這時的ic值稱為icm。所以當ic超過icm時，雖然不致使管子損壞，但β值顯著下降，影響放大品質。
（2）集電極----基極擊穿電壓bvcbo當發射極開路時，集電結的反向擊穿電壓稱為bvebo。
（3）發射極-----基極反向擊穿電壓bvebo當集電極開路時，發射結的反向擊穿電壓稱為bvebo。
（4）集電極-----發射極擊穿電壓bvceo當基極開路時，加在集電極和發射極之間的最大允許電壓，使用時如果vce＞bvceo，管子就會被擊穿。
（5）集電極最大允許耗散功率pcm集電流過ic，溫度要公升高，管子因受熱而引起引數的變化不超過允許值時的最大集電極耗散功率稱為pcm。管子實際的耗散功率於集電極直流電壓和電流的乘積，即pc=uce×ic.使用時慶使pc＜pcm。
pcm與散熱條件有關，增加散熱片可提高pcm。
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