晶體三極管及其應(yīng)用

1、會(huì)計(jì)學(xué)1晶體三極管及其應(yīng)用晶體三極管及其應(yīng)用晶體三極管及其應(yīng)用1. 了解三極管的結(jié)構(gòu)，理解其工作原理；2. 掌握三極管的伏安特性和主要參數(shù)；3. 會(huì)判斷三極管的工作狀態(tài)。三極管的性質(zhì)及工作狀態(tài)判斷三極管的電流放大原理第第3 3講講教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)半導(dǎo)體三極管具有電流放大作用，它分為雙極型和 單極型兩種類型。雙極型半導(dǎo)體三極管（BJT,Bipolar Junction Transistor），又稱為晶體三 極管，簡稱三極管。因工作時(shí)有空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電而得名。一、晶體三極管的結(jié)構(gòu)與原理二、晶體三極管的特性曲線三、晶體三極管的工作狀態(tài)四、晶體三極管的主要參

2、數(shù)五、晶體三極管的識(shí)別與檢測六、晶體三極管的選用多子濃度高多子濃度很低，且很薄面積大晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。結(jié)。小功率管中功率管大功率管為什么有孔？1、三極管結(jié)構(gòu)、符號和分類一、晶體三極管的結(jié)構(gòu)與工作原理分類：按材料分： 硅管、鍺管按功率分： 小功率管 1 W中功率管 0.5 1 W（集電結(jié)反偏），即（發(fā)射結(jié)正偏）放大的條件BECECBonBE0uuuUu 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流電流IB，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射

3、區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)+-bce共射極放大電路共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCEiEiB 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10iC 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95iE Ve集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：VcVbBCIIIIiiIICBOCEOBCBC)(1 穿透電流集電結(jié)反向電流直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)晶體管的電流放大作用 對于小功對于小功率晶體管，率晶體管，UCE大于大于1V的一條輸入的一條輸入特性曲線

4、可特性曲線可以取代以取代UCE大大于于1V的所有的所有輸入特性曲輸入特性曲線。線。導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓 UBE( (on) )硅管：硅管： (0.6 0.8) V鍺管：鍺管： (0.2 0.3) V取取 0.7 V取取 0.2 V1、輸入特性、輸入特性2、輸出特性、輸出特性常數(shù)常數(shù) B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（1）截止區(qū)：）截止區(qū)： IB 0 IC = ICEO 0條件：條件：兩個(gè)結(jié)兩個(gè)結(jié) 均反偏均反偏截止區(qū)截止區(qū)ICEO（動(dòng)畫2-2）iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10

5、AIB = 0O 2 4 6 8 4321（2）放大區(qū)）放大區(qū)CEOBCIII 放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏特點(diǎn)： 水平等間隔ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（3） 飽和區(qū)飽和區(qū) uCE u BE uCB = uCE u BE 0 條件：條件：兩個(gè)結(jié)正偏兩個(gè)結(jié)正偏 特點(diǎn)：特點(diǎn)：IC IB臨界飽和時(shí)：臨界飽和時(shí)：uCE = uBE深度飽和時(shí)：深度飽和時(shí)：0.3 V (硅管)UCE(SAT)=0.1 V (鍺管)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)ICEO3、溫度對特性曲線的影響、溫度對特性曲

6、線的影響（1） 溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。溫度每升高 10C，ICBO 約增大 1 倍。BEuBiOT2 T1（ 2） 溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0溫度每升高 1C， (0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。O三、晶體三極管的工作狀態(tài)三種工作狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)電流關(guān)系電流關(guān)系 條條 件件放大放大I C = IB發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏飽和 I C IB兩個(gè)結(jié)正偏兩個(gè)結(jié)正偏截止IB U(th) 則導(dǎo)通以 NPN為 例：UBE UB UE放大UE UC UB飽和PNP 管UC

7、UB UC U B飽和（2）電流判別法IB IBS 則飽和IB U(BR)CEO U(BR)EBO例例1 1：測量三極管三個(gè)電極對地電位如圖 試判斷三極管的工作狀態(tài)。 放大截止飽和例2：測量某NPN型BJT各電極對地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域？ 原則：正偏反偏反偏集電結(jié)正偏正偏反偏發(fā)射結(jié)飽和放大截止解：解：對NPN管而言，放大時(shí)對PNP管而言，放大時(shí)（1）放大區(qū)）放大區(qū)（2）截止區(qū)）截止區(qū)（3）飽和區(qū)）飽和區(qū)例例3:某放大電路中某放大電路中BJT三個(gè)電極的電流如圖所示。三個(gè)電極的電流如圖所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,試判斷管腳、管型。試判斷管腳、管型

8、。解：電流判斷法。解：電流判斷法。電流的正方向和電流的正方向和KCL。IE=IB+ ICABC IAIBICC為發(fā)射極為發(fā)射極B為基極為基極A為集電極。為集電極。管型為管型為NPN管。管。管腳、管型的判斷法也可采用萬用表電阻法。參考實(shí)驗(yàn)。管腳、管型的判斷法也可采用萬用表電阻法。參考實(shí)驗(yàn)。 原則：先求UBE，若等于0.6-0.7V，為硅管；若等于0.2-0.3V，為鍺 管。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 NPN管UBE0， UBC0，即。 PNP管UBE0， UBC0，即。五、晶體三極管的檢測1 中、小功率三極管的檢測 1、中、小功率三極管的檢測、中、小功率三極管的檢測 測量極間電阻。 將萬用表置于R

9、100或R1K擋，按照紅、黑表筆的六種不同接法進(jìn)行測試。其中，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的正向電阻值比較低，其他四種接法測得的電阻值都很高，約為幾百千歐至無窮大。但不管是低阻還是高阻，硅材料三極管的極間電阻要比鍺材料三極管的極間電阻大得多。 （1）已知型號和管腳排列的三極管性能好壞的判斷 ICEO= ICBO。隨著環(huán)境溫度的升高，ICBO增加，必然造成ICEO的增大。而ICEO的增大將直接影響管子工作的穩(wěn)定性，所以在使用中應(yīng)盡量選用ICEO小的管子。 通過用萬用表電阻直接測量三極管ec極之間的電阻方法，可間接估計(jì)ICEO的大小，具體方法如下： 萬用表電阻的量程一般選用R100或R1K擋，對于PNP管，黑表

10、管接e極，紅表筆接c極，對于NPN型三極管，黑表筆接c極，紅表筆接e極。要求測得的電阻越大越好。ec間的阻值越大，說明管子的ICEO越??；反之，所測阻值越小，說明被測管的ICEO越大。一般說來，中、小功率硅管、鍺材料低頻管，其阻值應(yīng)分別在幾百千歐、幾十千歐以上，如果阻值很小或測試時(shí)萬用表指針來回晃動(dòng)，則表明ICEO很大，管子的性能不穩(wěn)定。 測三極管的穿透電流ICEO 目前有些型號的萬用表具有測量三極管hFE的刻度線及其測試插座，可以很方便地測量三極管的放大倍數(shù)。先將萬用表功能開關(guān)撥至 擋，量程開關(guān)撥到ADJ位置，把紅、黑表筆短接，調(diào)整調(diào)零旋鈕，使萬用表指針指示為零，然后將量程開關(guān)撥到hFE位置

11、，并使兩短接的表筆分開，把被測三極管插入測試插座，即可從hFE刻度線上讀出管子的放大倍數(shù)。 另外：有此型號的中、小功率三極管，生產(chǎn)廠家直接在其管殼頂部標(biāo)示出不同色點(diǎn)來表明管子的放大倍數(shù)值，其顏色和值的對應(yīng)關(guān)系如表所示，但要注意，各廠家所用色標(biāo)并不一定完全相同。 測量放大能力() 用萬用電表判別三極管的類型和基極根據(jù)兩個(gè)PN結(jié)連接方式不同，可以分為NPN型和PNP型兩種不同導(dǎo)電類型的三極管，測試三極管要使用萬用電表的歐姆擋，并選擇R1k擋位。假定我們并不知道被測三極管是NPN型還是PNP型，也分不清各管腳是什么電極。 測試的第一步是判斷哪個(gè)管腳是基極。（三顛倒，找基極） 任取兩個(gè)電極(如這兩個(gè)電

12、極為1、2)，用萬用表兩支表筆顛倒測量它的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度；接著，再取1、3兩個(gè)電極和2、3兩個(gè)電極，分別顛倒測量它們的正、反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度。在這三次顛倒測量中，必然有兩次測量結(jié)果相近：即顛倒測量中表針一次偏轉(zhuǎn)大，一次偏轉(zhuǎn)小；剩下一次必然是顛倒測量前后指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，那么這次未測的那只管腳就是我們要尋找的基極。 三極管類型的判別： 三極管只有兩種類型，即PNP型和NPN型。 判別時(shí)只要知道基極是P型材料還N型材料即可。當(dāng)用萬用電表R1k擋時(shí)，黑表筆代表電源正極，如果黑表筆接基極時(shí)導(dǎo)通，則說明三極管的基極為P型材料，三極管即為NPN型。如果紅表筆接基極導(dǎo)通，則說明

13、三極管基極為N型材料，三極管即為PNP型。（2） 檢測判別三極管的電極 測試NPN型管C、E 測穿透電流ICEO的方法確定集電極c和發(fā)射極e。 對于NPN型三極管，由NPN型三極管穿透電流的流向原理，用萬用電表的黑、紅表筆顛倒測量兩極間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測量中萬用表指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，但仔細(xì)觀察，總會(huì)有一次偏轉(zhuǎn)角度稍大，此時(shí)電流的流向一定是：黑表筆c極b極e極紅表筆，電流流向正好與三極管符號中的箭頭方向一致，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是集電極c，紅表筆所接的一定是發(fā)射極e。 對于PNP型的三極管，道理也類似于NPN型，其電流流向一定是：黑表筆e極b極c極紅表筆，其電流流向也與

14、三極管符號中的箭頭方向一致，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是發(fā)射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。 測不出，動(dòng)嘴巴 若采用上述方法，顛倒前后的兩次測量指針偏轉(zhuǎn)均太小難以區(qū)分時(shí)，就要“動(dòng)嘴巴”了。具體方法是：用兩只手分別捏住兩表筆與管腳的結(jié)合部，用嘴巴含住(或用舌頭抵住)基極b，仍用“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的判別方法即可區(qū)分開集電極c與發(fā)射極e。其中人體起到直流偏置電阻的作用，目的是使效果更加明顯。數(shù)字式萬用表辨別三極管 先用二極管檔找出B極。并判斷是PNP還是NPN；有沒有擊穿。當(dāng)B極確定，極性確定，管子是好的。可以把數(shù)字表打到HFE檔。按NPN或PNP把B極針插到B極孔，任意把假定的“E”、“C”腳分別

15、插入E、C 孔。記錄HFE讀數(shù)。 然后對調(diào)“E”、“C”。記錄HFE讀數(shù)。 讀數(shù)大的一次E極孔所插的為E極。 要注意，帶有阻尼或互補(bǔ)達(dá)林頓的管容易誤判斷。 對于常見的進(jìn)口型號的大功率塑封管，其C極基本都是在中間。中、小功率管有的B極可能在中間。比如常用的9014三極管及其系列的其它型號三極管。 在實(shí)際應(yīng)用中、小功率三極管多直接焊接在印刷電路板上，由于元件的安裝密度大，拆卸比較麻煩，所以在檢測時(shí)常常通過用萬用表直流電壓擋，去測量被測三極管各引腳的電壓值，來推斷其工作是否正常，進(jìn)而判斷其好壞。正偏反偏反偏集電結(jié)正偏正偏反偏發(fā)射結(jié)飽和放大截止2、在路電壓檢測判斷法六、晶體三極管的選用 晶體三極管的選

16、用要點(diǎn)：晶體三極管的選用要點(diǎn)： 1、為保證三極管工作在安全區(qū)，應(yīng)是工作電流ICICM，PCPCM，UCEU（BR）CEO。當(dāng)需要使用功率三極管時(shí)，要滿足散熱條件。如果在發(fā)射結(jié)上有反向電壓時(shí)，特別要注意e，b極間的反向電壓不能超過U（BR）EBO。 2、在放大高頻信號時(shí)，要選用高頻管，以減小高頻段使值不致下降太多。若用于開關(guān)電路中，應(yīng)選用開關(guān)管，來保證有足夠高的開關(guān)速度。因?yàn)楣韫艿姆聪螂娏骱苄?，允許的結(jié)溫也大于鍺管，所以在溫度變化大的環(huán)境中應(yīng)選用硅管；而要求導(dǎo)通電壓低或電源只有1.5V時(shí)，應(yīng)選用硅管。 3、為保證放大電路工作穩(wěn)定，應(yīng)選用反向電流小而且值不宜太高的管子，否則工作不穩(wěn)定。一些三極管的

17、型號和主要參數(shù)可查閱手冊。 4、對于三極管的電壓、電流等主要參數(shù)可以適當(dāng)降額使用。例如，在要求三極管的功率為70W的電路中，可使用功率為100W的三極管，在要求三極管的電流為1A的電路中，可使用電流為1.5A的三極管。降額幅度一般可按30%掌握。降額使用三極管，對其安全性有利，并可有效提高整機(jī)的可靠性。 雙極型半導(dǎo)體三極管雙極型半導(dǎo)體三極管( (晶體三極管晶體三極管 BJT) )單極型半導(dǎo)體三極管單極型半導(dǎo)體三極管( (場效應(yīng)管場效應(yīng)管 FET) )兩種載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電晶體三極管晶體三極管1. 形式與結(jié)構(gòu)NPNPNP三區(qū)、三極、兩結(jié)三區(qū)、三極、兩結(jié)2. 特點(diǎn)基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)

18、放大本節(jié)小結(jié)放大條件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、 基區(qū)薄、集電區(qū)面積大外因：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏3. 電流關(guān)系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死區(qū)電壓死區(qū)電壓( (Uth) )：0.5 V (硅管) 0.1 V (鍺管)工作電壓(UBE(on) ) ：0.6 0.8 V 取 0.7 V (

19、硅管) 0.2 0.3 V 取 0.3 V (鍺管)飽和區(qū)截止區(qū)iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)特點(diǎn)：1)iB 決定 iC2)曲線水平表示恒流3)曲線間隔表示受控5. 參數(shù)特性參數(shù)電流放大倍數(shù) = /(1 ) = /(1 + )極間反向電流ICBOICEO極限參數(shù)ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安 全 工 作 區(qū)= (1 + ) ICBO 學(xué)完本節(jié)內(nèi)容后需要掌握以下內(nèi)容：學(xué)完本節(jié)內(nèi)容后需要掌握以下內(nèi)容：1. .三極管的結(jié)構(gòu)、分類及符號；三極管的結(jié)構(gòu)、分

20、類及符號；2. .三極管的三種工作狀態(tài)：放大、截止、飽和的三極管的三種工作狀態(tài)：放大、截止、飽和的判斷及特點(diǎn)判斷及特點(diǎn)3. .三極管的主要作用三極管的主要作用-放大放大4. .三極管的輸入、輸出特性；三極管的輸入、輸出特性；5. .三極管的選用滿足極限參數(shù)的要求：三極管的選用滿足極限參數(shù)的要求：6.會(huì)檢測識(shí)別三極管會(huì)檢測識(shí)別三極管掌握知識(shí)點(diǎn)掌握知識(shí)點(diǎn))(,CEOBRBRCMCCMCUUIIPP三極管練習(xí)題三極管練習(xí)題.doc（集電結(jié)反偏），即（發(fā)射結(jié)正偏）放大的條件BECECBonBE0uuuUu 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流電流IB

21、，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴的擴(kuò)散BCIIIIiiIICBOCEOBCBC)(1 穿透電流集電結(jié)反向電流直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)晶體管的電流放大作用三、晶體三極管的工作狀態(tài)三種工作狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)電流關(guān)系電流關(guān)系 條條 件件放大放大I C = IB發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏飽和 I C IB兩個(gè)結(jié)正偏兩個(gè)結(jié)正偏截止IB U(th) 則導(dǎo)通以 NPN為 例：UBE UB UE放大UE UC UB飽和PNP 管UC UB UC U B飽和（2）電流判別法IB IBS 則飽和IB UB UE放大UE UC UB飽和PNP 管UC UB UC U B飽和（2）電流判別法IB IBS 則飽和IB IBS 則放大)( ECCE(sat)C