6.3 三极管的功能应用
6.3.1 三极管的电流放大作用
三极管是一种电流放大器件，可制成交流或直流信号放大器，由基极输入一个很小的电流从而控制集电极输出很大的电流，如图6-18所示。
图6-18 三极管的电流放大功能
三极管基极（b）电流最小，且远小于另两个引脚的电流；发射极（e）电流最大（等于集电极电流和基极电流之和）；集电极（c）电流与基极（b）电流之比即为三极管的放大倍数。
三极管的放大作用可以理解为一个水闸。水闸上方储存有水，存在水压，相当于集电极上的电压。水闸侧面流入的水流称为基极电流Ib。当Ib有水流流过，冲击闸门时，闸门便会开启，这样水闸侧面很小的水流流量（相当于电流Ib）与水闸上方的大水流流量（相当于电流Ic）就汇集到一起流下（相当于发射极e的电流Ie），发射极便产生放大的电流。这就相当于三极管的放大作用，如图6-19所示。
图6-19 三极管放大原理示意图
基极与发射极之间的PN结称为发射结，基区与集电极之间的PN结称为集电结。PN结两边外加正向电压，即P区接外电源正极，N区接外电源负极，这种接法又称正向偏置，简称正偏。PN结两边外加反向电压，即P区接外电源负极，N区接外电源正极，这种接法又称反向偏置，简称反偏。
三极管具有放大功能的基本条件是保证基极和发射极之间加正向电压（发射结正偏），基极与集电极之间加反向电压（集电结反偏）。基极相对于发射极为正极性电压，基极相对于集电极为负极性电压。
三极管的特性曲线如图6-20所示。
图6-20 三极管的特性曲线
输入特性曲线是指当集-射极之间的电压Uce为某一常数时，输入回路中的基极（b）电流Ib与加在基-射极间的电压Uce之间的关系曲线。在放大区，集电极电流与基极电流的关系如图6-21所示。
图6-21 集电极电流（Ic）与基极电流（Ib）的关系
在三极管内部，Uce的主要作用是保证集电结反偏。当Uce很小，不能使集电结反偏时，三极管完全等同于二极管。
在Uce使集电结反偏后，集电结内电场就很强，能将扩散到基区自由电子中的绝大部分拉入集电区，与Uce很小（或不存在）相比，Ib增大了。因此，Uce并不能改变特性曲线的形状，只能使曲线下移一段距离。
输出特性曲线是指当基极（b）电流Ib为常数时，输出电路中集电极（c）电流Ic与集-射极间的电压Uce之间的关系曲线。集电极电流与Uce的关系曲线如图6-22所示。
图6-22 集电极电流（Ic）与Uce的关系曲线
根据三极管不同的工作状态，输出特性曲线分为3个工作区。
◇ 截止区：Ib=0曲线以下的区域被称为截止区。Ib=0时，IC=ICEO，该电流被称为穿透电流，其值极小，通常忽略不计，故认为此时Ic=0，三极管无电流输出，说明三极管已截止。对于NPN型硅管，当Ube＜0.5V，即在死区电压以下时，三极管就已经开始截止。为了可靠截止，常使Uce＜0。这样，发射结和集电结都处于反偏状态。此时的Uce近似等于集电极（c）电源电压Uc，意味着集电极（c）与发射极（e）之间开路，相当于集电极（c）与发射极（e）之间的开关断开。
◇ 放大区：在放大区内，三极管的发射结正偏，集电结反偏；Ic=βIb，集电极（c）电流与基极（b）电流成正比。因此，放大区又称为线性区。
◇ 饱和区：特性曲线上升和弯曲部分的区域被称为饱和区，即Uceo，集电极与发射极之间的电压趋近零。Ib对Ic的控制作用已达最大值，三极管的放大作用消失，三极管的这种工作状态被称为临界饱和；若Uce＜Ube，则发射结和集电结都处在正偏状态，这时的三极管为过饱和状态。在过饱和状态下，因为Ube本身小于1V，而Uce比Ube更小，于是可以认为Uce近似于零。这样集电极（c）与发射极（e）短路，相当于c与e之间的开关接通。
根据三极管的特性曲线，若测得NPN型三极管上各电极的对地电位分别为Ue＝2.1V，Ub＝2.8V，Uc＝4.4V，则根据数据推算，Ub＞Ue，Ube处于正偏，Ub＜Uc，Ubc处于反偏。由此可知，NPN型晶体三极管发射结正偏，集电结反偏，符合晶体三极管放大条件，因此该晶体三极管处于放大状态。
若三极管三个电极的静态电流分别为0.06mA、3.66mA和3.6mA，则根据三极管三个引脚静态电流之间的关系Ie >Ic >Ib可知，Ic为3.6 mA，Ib为0.06mA。因此，该三极管的放大系数β=Ic/Ib =3.6/0.06=60。
6.3.2 三极管的开关功能
三极管的集电极电流在一定范围内随基极电流呈线性变化，这就是放大特性。当基极电流高过此范围时，三极管集电极电流会达到饱和值（导通），基极电流低于此范围时，三极管会进入截止状态（断路），这种导通或截止的特性在电路中还可起到开关作用，如图6-23所示。
图6-23 三极管的开关功能
6.3.3 三极管功能试验电路
图6-24为三极管的功能试验电路。该电路是为了理解三极管的功能而搭建的。
图6-24 三极管的功能试验电路
图6-24（a）是用电池为灯泡供电，接通电路，电池电流流过灯泡，灯泡发光。
图6-24（b）是在灯泡供电电路中串入三极管。当三极管无控制电压时，接通开关。由于三极管处于截止状态，无电流，灯泡不亮。
图6-24（c）是在三极管的基极设置一个电池、一个开关和一个电阻器，当接通开关SWB时，电池经电阻Rb有电压加到晶体管的基极，基极有电流，三极管就会产生集电极电流Ic，并流过灯泡，灯泡发光。如果断开SWB，三极管基极失电，三极管截止，灯泡熄灭。这样就可以通过基极控制三极管的导通状态。
图6-24（d）是在灯泡的供电电路中串入可变电阻器，该电阻器会消耗一定的电能，并有限流作用，串入电阻器的值越大，电路中的电流越小，灯泡亮度会变暗。
图6-24（e）是在三极管的基极电路中串入可变电阻器，调整该电阻器可改变基极电流，基极电流变化会使三极管集电极电流Ic发生变化，因为集电极电流Ic=h FEIb，由此可理解三极管的放大功能。