【题目编号】MC1-1071
【题目】附图中的电路元器件符号代表:
【答案】A
[A]NPN 双极型晶体管
[B]PNP 双极型晶体管
[C]结型场效应晶体管
[D]绝缘栅场效应晶体管
考点速览
这道题与相邻的 PNP 型符号辨认题是一对,考查判据完全相同,结论却相反:题干附图给出的是 NPN 型双极型晶体管(以官方答案为准),干扰项里摆着 PNP 型。把这两题放在一起练,可以检验自己是不是真的掌握了发射极箭头的读法,而不是靠图形位置或笔画多少碰运气。三极管符号是模拟电路图的入门门槛,读错箭头方向,后续的偏置计算、电源极性判断都会跟着错。
三极管符号为何箭头只画在发射极
双极型晶体管(bipolar junction transistor,缩写 BJT)的符号骨架由一段竖直线段和两条斜线构成:竖线代表基区,两条斜线分别接到发射极(emitter,符号 E)与集电极(collector,符号 C),基极(base,符号 B)从竖线中部或侧面引出。三个电极里只有发射极带箭头,集电极永远是素线。这个约定的依据是载流子的实际流向:发射极负责向基区发射载流子,箭头标的就是发射极电流的正方向,也就是常规电流由 P 型区流向 N 型区的方向。箭头不表示电压高低,也不表示管子是否损坏。
NPN 型的三层材料排列是 N 型、P 型、N 型:中间的基区是 P 型,两端的发射极与集电极都是 N 型。发射结既然由 P 型的基极指向 N 型的发射极,箭头自然从基极一侧指向发射极一侧,画出来就是箭头背离竖线向外,或者说箭头从基极朝外指。这正是本题附图给出的 NPN 型的识别特征。
电流关系与放大倍数
放大状态下三个电极电流满足 I_E = I_B + I_C,发射极电流是基极电流与集电极电流之和,这是基尔霍夫电流定律在管子三个端子上的直接体现,三个电流的量纲都是安培,写成算式时不需要任何换算系数。
共射接法是最常用的组态:基极作输入,集电极作输出,发射极作为公共端。这时基极电流的微小变化能引起集电极电流的较大变化,两者之比就是共射电流放大倍数,记作 β,算式为 β = I_C / I_B。分子分母都是电流,量纲相消,所以 β 是一个纯数,没有单位,常见数量级在几十到几百之间。另一个常用参数是共基电流放大倍数 α,等于集电极电流除以发射极电流,即 α = I_C / I_E,由电流关系可以推出 α 必然小于一但非常接近一。
管子要进入放大区,条件是发射结正向偏置、集电结反向偏置。两个结都正偏会进入饱和区,两个结都反偏则进入截止区,这两组状态正是它当开关使用时需要来回切换的。放大区里管子同时满足电流放大关系与结偏置条件,缺一不可。
逐项辨析
选项 A 是 NPN 双极型晶体管。判据是发射极箭头背离基极、朝外指,对应基区为 P 型、发射极与集电极均为 N 型的结构。箭头朝外还顺带提示了电流方向:发射极电流是流出管外的。本题附图给出的是它(以官方答案为准)。
选项 B 是 PNP 双极型晶体管。它与 NPN 的差别只在箭头方向:PNP 的基区是 N 型、发射极是 P 型,箭头由发射极指向基极,朝里指。只要把箭头方向看反,这一项就会被误选,所以辨析时不要看三个电极的排布位置,直接盯箭头。
选项 C 是结型场效应晶体管(junction field effect transistor,缩写 JFET)。它没有发射极箭头这一说,符号里是一条代表沟道的竖线,源极(source,符号 S)与漏极(drain,符号 D)分别接在竖线两端,栅极(gate,符号 G)从侧面引出并带箭头,箭头指向沟道或背离沟道用于区分沟道类型,栅极与沟道之间是一个 PN 结而不是绝缘层。骨架与三极管不同,根本没有发射极这一电极。
选项 D 是绝缘栅场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,缩写 MOSFET)。它的栅极与沟道之间隔着绝缘层,符号上用一条独立短线或一道空隙表示;增强型管子还常把沟道画成断续几段。这种绝缘栅画法是它与结型场效应管、双极型晶体管的分水岭,本题附图中没有出现。
易混淆点:NPN 与 PNP 别记反
最容易出错的是把两种管子的箭头方向记反。可靠的记法有两条。一条从 PN 结出发:箭头永远由 P 型区指 N 型区,NPN 的发射结是基极 P 指向发射极 N,所以朝外;PNP 的发射结是发射极 P 指向基极 N,所以朝里。另一条从英文缩写出发,NPN 读作 Not Pointing iN,字面意思就是箭头不朝里;PNP 读作 Pointing iN,箭头朝里。两条记法互相印证,考场上不会摇摆。
还要顺带区分三极管与场效应管:三极管是电流控制器件,靠基极电流控制集电极电流,输入端有持续的基极电流;场效应管是电压控制器件,靠栅源电压控制漏极电流,栅极基本不取电流,输入阻抗高出好几个数量级。符号上有发射极箭头的是三极管,没有这个箭头、靠栅极与沟道关系表达类型的是场效应管。
应试要点
箭头朝外是 NPN,箭头朝里是 PNP,判据只看发射极那一个箭头。箭头方向永远由 P 型区指向 N 型区。放大区条件是发射结正偏、集电结反偏;I_E = I_B + I_C;共射放大倍数 β = I_C / I_B,共基放大倍数 α = I_C / I_E,两者量纲都为纯数。栅极与沟道成 PN 结的是结型场效应管,栅极与沟道之间有绝缘间隙的是绝缘栅场效应管。