什么是三極管？
三極管，全稱為半導體三極管、雙極型晶體管或者晶體三極管，是一種控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關。
三極管是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。晶體三極管是一種三端器件，內部含有兩個相距很近的PN結（發射結和集電結），兩個PN結加上不同極性、不同大小的偏置電壓時，晶體三極管呈現不同的特性和功能。
晶體三極管由于結構不同，可以分為NPN型三極管和PNP型三極管，NPN型三極管和PNP型三極管的邏輯符號如下圖1所示。
圖1 NPN型三極管和PNP型三極管邏輯符號
三極管的三種工作狀態是非常重要的，是無線電基礎中的基礎。對此我是這樣理解的。無論是NPN型三極管還是PNP型三極管，當發射結加正向偏置電壓，而集電結加反向偏置電壓時，那么該三極管就工作在放大模式；而當其發射結和集電結都加正向偏置電壓時，該三極管就工作在飽和模式；而當發射結和集電結同時加反向偏置電壓時，那么該三極管就工作在截止模式。為此我編了一句順口溜：發正集反是放大；全正飽和全反截，希望對大家理解有用。
既然晶體三極管那么重要，那么我們改如何正確理解三極管的工作原理，并正確使用三極管呢？小何下面就跟大家一一分享。
三極管的工作原理
三極管的放大原理如下圖2所示，晶體管中大小與輸入信號呈正比的輸出信號可以認為是從電源來的，他們的輸入信號從基級進入而從發射級出來，晶體管只是吸收此時輸入信號的振幅信息，由電源重新產生輸出信號，這就是放大的原理。
圖2 三極管放大原理
值得注意的是，對于三極管放大作用的理解，必須切記一點：根據能量守恒定律，能量不會無緣無故的產生，所以，三極管一定不會產生能量。
晶體管的內部工作原理就是對流過基極與發射極之間的電流進行不斷地監視，并控制集電極-發射極間電流源，使基極-發射極間電流的數十至數百倍（因晶體管種類而異）的電流在集電極與發射極之間流動。也就是說，晶體管是用基極電流來控制集電極-發射極電流的器件。晶體三級管的內部工作原理如下圖3所示。
圖3 晶體三級管的內部工作原理
換句話說，為了讓晶體管工作，只需要設計一種外部電路，使基極-發射極間的電流流動就可以了。晶體管都有一個箭頭方向，我們可以理解為晶體管的基極-發射極之間加入了一個二極管，而箭頭的方向就是二極管的方向，如下圖4所示。
當晶體管進行工作時（基極和發射極之間有電流的流動，NPN型是從基極流向發射極，PNP型是從發射極流向基極），基極-發射極間的壓降與二極管的壓降相同，為0.6~0.7V。也就是說，在設計電路時，只要使晶體管的基極-發射極間的電壓設為Vbe＞＝0.6V，使基極-發射極之間的二極管導通，這樣三極管基極-發射極之間就有電流流動，然后再對電路的其他部分進行計算就可以了。
圖4 晶體管基極-發射極間的二極管
對于三極管的理解，可能有同學還不是很理解，下面就用生活中一個很常見的實物類比，這里以NPN型三極管為例進行說明，PNP型三極管類似，只是方向不同而已，結論都適用。
三極管就如同日常使用的水龍頭，如下圖5所示，三極管的集電極C可以看做水龍頭的進水口；發射極E可以看做可以看做水龍頭的出水口，基極B可以看做水龍頭的開關。
圖5 類比三極管的水龍頭
在使用水龍頭時，轉動開關B，當向右轉動時，水流會慢慢增大，向右轉到最大位置時，水流最大，此時開關B無法再向右旋轉，即對應三極管的飽和模式；
當向左旋轉時，水流會逐漸減小，當向左旋轉到最小時，此時水流為零，即對應三極管的截止模式；這樣開關B在最左側時，就對應三極管的截止模式，在最右側時，就對應三極管的飽和模式，在中間位置時，則對應三極管的放大模式。這樣就很好理解了，其實三極管并沒有起到放大作用，一直以來所謂的放大都是被誤解了。
從上面的分析可知，為了讓三極管能夠工作，需要在基極和發射極之間去驅動那個二極管，讓二極管導通，讓基級和發射極之間有電流的流動，在水龍頭的開關操作中，需要去旋轉這個開關，向右旋轉就相當于告訴水龍頭，要開始放水了，這個向右的動作就相當于是從管基極流向發射極的電流，兩者都有一個方向上的動作。
在現代電子系統設計中，隨著集成電路集成度越來越高，在設計電路時，晶體三極管作為邏輯開關的使用非常廣泛。晶體三極管作為開關管使用時，是利用了讓三極管工作在飽和模式下，也即是在最左側時BE關閉，在最右側時CE導通。上面的水龍頭例子對三極管做了較為清晰的理解，在進行電路設計時，需要有一個可以量化的設計指標，即基極電流和集電極電流的關系來做量化分析。在進行三極管的飽和狀態設計時，可以采用如下公式：
式中, 是基極流入發射極的電流； 是三極管的放大倍數； 是集電極的電流。
有時候需要用晶體三極管來對輸入的信號做放大處理，在電路設計中，晶體三極管想選型可以按照如下步驟進行。
(一) 、需要明確制作什么樣性能的電路，也即是說，要有一個系統的電路設計的規格書；
(二) 、確定要使用電源的電壓，來保證電路的正常工作；
(三) 、選擇所要使用的晶體管的類型，PNP或者NPN，一般NPN型三極管使用的要多一些。應根據晶體三極管Datasheet里的最大額定值選擇，保證其不會在工作時損壞，在額定值內查看其電氣特性，根據目標信號放大倍數選定合適的三極管；
(四) 、確定發射極或集電極的最佳電流工作點，這個要根據晶體三極管的頻率特性曲線與發射集電極或集電極電流的關系來看；
(五) 、電路的電壓放大倍數是由接在電源和集電極C之間的電阻 和接在發射極和地之間的電阻 之間的電阻比值決定的；
(六) 、基極電位是 +0.6V，基極電位一般由電阻分壓得到。使用三極管作為開關時，有時候會出現電壓鉗位的問題，此時需要在合適的位置添加電阻進行處理。如下圖6所示，當三極管導通后，三極管的基極電壓因為基極-發射極間二極管的原因，會被鉗位在0.6~0.7V，此時，因基極和發射極間的電阻很小，所以會有很大的電流流過，會損壞晶體三極管管子，可以在POWER_UP和1基極之間串聯電阻（如47K）。 注意：三極管的鉗位作用，就可以理解成二極管的鉗位作用。
圖6 三極管的輸入鉗制電壓電路
(七) 、三極管現在已經逐漸被MOS管取代，同時三極管現在已經主要變成一種開關了，一般來說三極管做最簡單的信號放大，高精度的放大工作主要由運放來完成。
總結
要完成高質量放大電路的設計，有時候你按照步驟來設計電路，會發現為了滿足這個條件，而不得不去修改另外一個條件。很多情況下，只能采用權宜之計。因此，一個優秀的電路，是一個優秀的工程師重復設計，多次推演而設計出來的。
雖然現代的實際應用中大部分都會采用集成的放大器來處理信號。但是作為一個技術的愛好者，做一些事情不需要考慮實際意義。有時候是因為艱難，所以喜歡。
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