3.4 三极管的识别与检测
3.4.1 三极管的种类和参数
三极管是内部设有发射结和集电结2个PN结的电子器件，有发射极（e）、基极（b）、集电极（c）三个电极，具有放大特性。
（1）三极管的种类 三极管的种类很多，如图3-11所示，按照所用的半导体材料，可分为锗三极管（Ge管）和硅三极管（Si管）；根据功率大小分为小功率三极管（500mW以下）、中功率三极管（500mW～3W）、大功率三极管（3W以上）；根据使用功能分类，按极性分类有PNP型和NPN型两种；按工作频率分为高频三极管、中频三极管、低频三极管，特殊功能还有光敏三极管等等。三极管的内部结构和符号如图3-11下部所示。
图3-11 三极管的种类和电路符号
晶体管由三个电极组成，分别是基极、集电极、发射极，用字母b、c、e表示，符号中有带箭头的电极，它表示该极为发射极，箭头方向表示电流方向，三极管分NPN和PNP型两种。箭头向外的为NPN型三极管，箭头向里的为PNP型三极管。
三极管工作时，在基极加电压后，形成基极电流，用Ib表示，在集电极加电压，形成集电极电流，用Ic表示，此时发射极有电流通过，发射极电流用Ie表示，三极管中，发射极电流等于基极电流与集电极电流之和，通过基极较小的电流去控制集电极大的电流，因此具有电流放大作用。
（2）三极管的参数 三极管的参数分为直流参数、交流参数和极限参数三种类型，如下所示。
①直流参数 集电极-基极反向饱和电流Icbo：发射极开路（Ie=0）时，基极和集电极之间加上规定的反向电压Ucb时的集电极反向电流，它只与温度有关，在一定温度下是个常数，所以称为集电极-基极的反向饱和电流。良好的三极管，Icbo很小，小功率锗管的Icbo为1～10μA，大功率锗管的Icbo可达数毫安，而硅管的Icbo则非常小，是毫微安级。
集电极-发射极反向电流Iceo：也叫穿透电流，基极开路（Ib=0）时，集电极和发射极之间加上规定反向电压Uce时的集电极电流，Iceo大约是Icbo的β倍，即Iceo=（1+β）Icbo。Icbo和Iceo受温度影响极大，它们是衡量管子热稳定性的重要参数，其值越小，性能越稳定，小功率锗管的Iceo比硅管大。
发射极-基极反向电流Iebo：集电极开路时，在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的电流，它实际上是发射结的反向饱和电流。
直流电流放大系数β1（或hFE） ：这是指共发射接法，没有交流信号输入时，集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值，即β1=Ic/Ib。
②交流参数 交流电流放大系数β（或hfe）：这是指共发射极接法，集电极输出电流的变化量ΔIc与基极输入电流的变化量ΔIb之比，即β=ΔIc/ΔIb。一般晶体管的β在10～200之间，如果β太小，电流放大作用差，如果β太大，电流放大作用虽然大，但性能往往不稳定。
共基极交流放大系数α（或hfb）：这是指共基极接法时，集电极输出电流的变化是ΔIc与发射极电流的变化量ΔIe之比，即α=ΔIc/ΔIe ，因为ΔIc＜ΔIe，故α＜1。高频三极管的α＞0.90就可以使用α与β之间的关系：α=β/（1+β），β=α/（1-α）≈1/（1-α）。
截止频率fβ、fα ：当β下降到低频时0.707倍的频率，就是共发射极的截止频率fβ；当α下降到低频时的0.707倍的频率，就是共基极的截止频率fβ、fα是表明管子频率特性的重要参数，它们之间的关系为：fβ≈（1-α）fα。
特征频率fT：因为频率f上升时，β就下降，当β下降到1时，对应的fT是全面地反映晶体管的高频放大性能的重要参数。
③极限参数 集电极最大允许电流Icm：当集电极电流Ic增加到某一数值，引起β值下降到额定值的2/3或1/2，这时的Ic值称为Icm，所以当Ic超过Icm时，虽然不致使管子损坏，但β值显著下降，影响放大质量。
集电极-基极击穿电压βUcbo：当发射极开路时，集电结的反向击穿电压称为βUcbo。
发射极-基极反向击穿电压βUebo：当集电极开路时，发射结的反向击穿电压称为βUebo。
集电极-发射极击穿电压βUceo：当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，使用时如果Uce＞βUceo，管子就会被击穿。
集电极最大允许耗散功率Pcm：集电流过Ic，温度要升高，管子因受热而引起参数的变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率称为Pcm。管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积，即Pc=UceIc。使用时庆使Pc＜Pcm。Pcm与散热条件有关，增加散热片可提高Pcm。
虽然三极管的种类很多，一般选择更换时主要参考其极限参数和交流放大系数、频率特性。
3.4.2 三极管的功能和作用
三极管工作时根据其工作点设置不同，有截止状态、饱和导通状态、放大状态三种工作状态 。利用其放大状态，设计成放大电路，对小信号进行放大，普遍应用于音频电路、视频电路，对音频信号或视频信号进行放大；利用其截止和饱和导通状态，设计出开关电路，普遍应用于数字电路，产生0和1的数字信号；应用于开关电源电路，控制电路的通断。
3.4.3 三极管的测量与代换
（1）指针式万用表测量三极管 由于三极管的两个PN结发射结和集电结均具有正向导通，反向截止的特性，且锗三极管的正向电阻小于硅三极管的正向电阻，锗三极管的反向电阻小于硅三极管的反向电阻。利用三极管这些特性，用指针式万用表的电阻量程，通过测量发射结和集电结的正反向电阻，可粗略判断是锗三极管还是硅三极管，判断三极管的好坏，区分是PNP型还是NPN型，找到三极管的三个电极。其测量方法与测量电阻器相同，测量三极管如图3-12所示。
图3-12 测量三极管
①三极管基极和管子类型的判别 将指针式万用表旋到R×100或R×1k的欧姆挡，假设一脚为基极，然后用万用表黑表笔接假设基极，红表笔分别去测量另两脚，若两次测得阻值均很大（或很小），对调表笔测量，测得阻值均很小（或很大），说明假设基极是正确的；若两次测得阻值均很大，则黑表笔所接的为基极，为PNP型；若两次测得阻值均很小，则黑表笔所接的为基极，为NPN型；若测得的阻值为一大一小，则需要重新假设另外的引脚为基极重新测量。
由于需要调换表笔反复测量，往往容易搞错极性和判断，根据笔者测量经验，记住测量三极管的口诀“小黑P”，即测量时，测量电阻“小”的一次，“黑”表笔连接的是“P”区引脚。如果是PNP三极管，黑表笔连接的是发射极或集电极；如果是NPN三极管，黑表笔连接的是基极。
若两次测得阻值均很小，则黑表笔所接的为基极P区，红表笔连接的是发射极和集电极N区，此时显示的是NPN三极管发射结和集电结的正向电阻。如果表针摆幅较小，显示的正向电阻较大，在电阻挡刻度线上停留在距离0Ω的2/5左右，则是硅材料三极管；如果表针摆幅较大，显示的正向电阻较小，在电阻挡刻度线上停留在距离0Ω的1/5左右，则是锗材料三极管。
②三极管集电极和发射极的判别 找到基极以后，再区分集电极和发射极。根据笔者的测量实践，集电极和发射极之间的反向电阻较高，而正向电阻较低，一般低于9V，利用这一特性，将万用表的量程置于R×10k的欧姆挡，把万用表红、黑表笔测量另外两个电极的电阻，记下电阻值后表笔对调再测量一次，比较两次测量的电阻值，如果是NPN型三极管，电阻大的一次黑表笔连接的是集电极，红表笔连接的是发射极，测量的电阻是反向电阻，阻值越多越好；如果是PNP三极管，电阻大的一次红表笔连接的是集电极，黑表笔连接的是发射极。电阻小的一次是正向电阻，反向电阻在6～9V左右，阻值在200～5000kΩ之间。
③三极管放大倍数的判别 将指针式万用表旋到R×100或R×1k的欧姆挡，以NPN管为例，把万用表黑表笔接集电极，红表笔接发射极，方法一用两只手捏住基极和集电极（不要两极碰到一起），方法二用舌头舔一下基极，方法三是在基极和集电极之间并联100kΩ左右电阻，这时万用表指针向右偏转一个较大角度，说明假设是对的，同时说明管子的放大能力较好；PNP管与NPN管相反，也就是把红表笔接集电极，黑表笔接发射极，同样的方法测量，阻值应该小。测量PNP型三极管，将红表笔接集电极，黑表笔接发射极，测量方法相同。
④在路测量三极管的正向和反向特性 将指针式万用表旋到R×1或R×10的欧姆挡，可在路测量三极管b-e和b-c极之间的PN结正向电阻，正向电阻与非在路状态相当。用R×1挡测量正向电阻在30Ω左右，用R×10测量正向电阻在200Ω左右，表示三极管正常；如果正向电阻偏大，表示三极管特性不良。
在路测量三极管b-e和b-c极之间的反向特性时，由于受三极管三个电极外部并联的器件电阻大小不同，无法准确判断其反向电阻的阻值，只要反向电阻大于正向电阻，即可判断为正常。
（2）数字式万用表测量三极管
①检测三极管的电极和好坏 用数字式万用表的三极管测试挡，也可模仿指针式万用表测量三极管，但其表笔带电与指针式万用表相反，红表笔带正电，相当于指针式万用表的黑表笔；黑表笔带负电，相当于指针式万用表的红表笔，测量时与指针式万用表表笔接法相反。
②三极管放大倍数的准确测量 目前数字式万用表和指针式万用表都设有三极管放大倍数测量插孔，如图3-12所示。将万用表量程选择开关置于电阻测量的hFE挡，将红、黑表笔短接调零。根据三极管的NPN还是PNP类型，将三极管的发射极、基极、集电极分别插入的e、b、c“放大倍数插孔”，指针式万用表从表头的“hFE”刻度线读取放大倍数；数字式万用表显示屏直接显示放大倍数。
如果不知道三极管的三个电极，可随意将三个引脚插入万用表的“放大倍数插孔”，显示放大倍数大的一次测量，说明三个引脚与e、b、c“放大倍数插孔”对应是正确的，依此判断三极管的电极和类型。
（3）三极管的代换 当被测三极管损坏时，需要掌握三个原则：一是选择类型相同的三极管代换，即锗三极管代换锗三极管，硅三极管代换硅三极管，NPN三极管代换NPN三极管，PNP三极管代换PNP三极管；二是特性相同，用参数相同或接近的三极管更换，如果无相同规格三极管更换，可用规格相近的三极管代换；三是用外形和体积相近的三极管代换，便于安装和散热。代换方法和注意事项如下。
①低频三极管代换 低频三极管损坏，更换交流电流放大系数β（或hFE）、集电极-发射极击穿电压βUceo、集电极最大允许耗散功率Pcm相同的三极管即可。可用放大系数接近、集电极-发射极击穿电压、集电极最大允许耗散功率大的三极管代换，只要电路安装位置、空间允许即可。千万不能用集电极-发射极击穿电压、集电极最大允许耗散功率小的三极管代换，会造成代换三极管的过流、过压烧坏。
②高频三极管代换 高频三极管的主要特性是工作频率高，代换时除了注意交流电流放大系数β（或hFE）、集电极-发射极击穿电压βUceo、集电极最大允许耗散功率Pcm三大指标外，还应注意特征频率fT指标符合要求，确保高频状态工作稳定可靠，不能用普通三极管代替。
③开关三极管代换 开关三极管具有开关特性好、反向恢复时间短的特点，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为开关管、振荡管、控制管使用。代换时除了注意交流电流放大系数β（或hFE）、集电极-发射极击穿电压βUceo、集电极最大允许耗散功率Pcm三大指标外，还应注意特征频率fT、截止频率fβ、fα指标符合要求，确保导通快捷、截止彻底。不能用普通三极管代替，否则发热严重，不但烧毁三极管，还会给相关电路造成过载、过流损坏。