晶體三極管的應(yīng)用

1、第二章晶體三極管及其應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)1.掌握晶體三極管的結(jié)構(gòu)、工作電壓、基本連接方式和電流分配關(guān)系。2 .熟練掌握晶體三極管的放大作用；共發(fā)射極電路的輸入、輸出特性曲線；主要參數(shù)及溫度對(duì)參數(shù)的影響。教學(xué)難點(diǎn)1.晶體三極管的放大作用2 .輸入、輸出特性曲線及主要參數(shù)第一節(jié)晶體三極管一、晶體三極管的結(jié)構(gòu)、分類和符號(hào)（一）、三極管的基本結(jié)構(gòu)1三極管的外形：如圖2-1所示。三極管通常有三個(gè)電極，功率大小不同的三極管體積和封裝形式各不相同，近年來生產(chǎn)的小、中功率管多采用硅酮塑料封裝，大功率三極管采用金屬封裝，通常做成扁平形狀并有螺釘安裝孔，有的大功率管干脆制成螺栓形狀，這樣能夠使三極管的外殼和散熱器連成一體

2、，便于散熱。圖2-1三極管外形2 .三極管的結(jié)構(gòu)：三極管的核心是兩個(gè)機(jī)塩対絡(luò)皓罌策電彗i圖2-2三極管的結(jié)構(gòu)圖PN結(jié)，按照兩個(gè)PN結(jié)的組合方式不同，可分為PNP型管和NPN型兩類，如圖 2-2所示。3 .晶體三極管有三個(gè)區(qū)一一發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū);兩個(gè)PN結(jié)稱為集發(fā)射區(qū)摻雜濃度較大；基區(qū)很薄且摻雜最少；集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少。PN結(jié)發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(BE結(jié))、集電區(qū)和基區(qū)之間的 電結(jié)(BC結(jié))；三個(gè)電極一一發(fā)射極e(E)、基極b(B)和集電極c(C);(二)、晶體三極管的符號(hào)晶體三極管的符號(hào)如圖2-3所示。箭頭：表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)的電流方向。文字符號(hào)：V(三)、晶體

3、三極管的分類00%嚇型he(b) PM 型圖2-3三極管符號(hào)1 .三極管有多種分類方法。按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分：有 NPN型和PNP型管;按工作頻率分：有低頻和高頻管;按功率分：有小功率和大功率管;按用途分：有普通管和開關(guān)管;按半導(dǎo)體材料分：有鍺管和硅管等等。2 國產(chǎn)三極管命名法：例如：3DG表示高頻小功率 NPN型硅三極管；3CG表示高 頻小功率PNP型硅三極管；3AK表示PNP型開關(guān)鍺三極管等。二、三極管的基本連接方式如圖2-4所示，晶體三極管有三種基本連接方式：共發(fā)射極、共基極和共集電極接法。V輸出端1*輸入端(a)共發(fā)射極接法圖2-4(c)共集電極接法(b)共基極接法三極管在電路中的三種基本聯(lián)接

4、方式最常用的是共發(fā)射極接法。第二節(jié)晶體三極管的電流放大和分配作用一、晶體三極管的電流放大作用（一）三極管的工作電壓三極管能夠正常放大信號(hào)的工作條件是:發(fā)射結(jié)加正向偏壓， 集電結(jié)加反向偏壓。 如圖2-5所示。V為三極管，Gc為集電極電源、Gb稱偏置電源，Rb為基極電阻，Rc為集電極電阻。（二）三極管的電流放大作用表2-1三極管電流放大作用測量數(shù)據(jù)IB/mA00.010.020.030.040.05Ic/mA0.010.561.141.742.332.91lE/mA0.010.571.161.772.372.96測量電路如圖2-6所示：調(diào)節(jié)電位器 Rp，測得發(fā)射極電流Ie、基極電流Ib和集電極電流

5、Ic的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如表2-1所示。由表2-1，0.58 mA _c 580.01 mA結(jié)論:1 .當(dāng)基極電流Ib的微小變化，就能引起集電極電流Ic的較大變化，這種現(xiàn)象稱為三極管的電流放大作用。2 .晶體三極管是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。其特點(diǎn)是管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電。3 .電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)表示三極管放大交流電流的能力直流電流放大系數(shù)表示三極管放大直流電流的能力4 .通常,，所以IcI B可表示為二、三極管的電流分配關(guān)系由表2-1得出，三極管中電流分配關(guān)系如下:因Ib很小，則IeIc說明:1 . Ie 0 時(shí)，IcIbIcBO。IcBo稱為集電極基極反向飽和電流，見

6、圖2-7(a)。般ICBO很小，與溫度有關(guān)。圖2-7ICBO和ICEO示意圖2 . I B 0 時(shí)，Ic I E I CEO。Iceo稱為集電極發(fā)射極反向電流，又叫穿透電流，見圖2-7(b)。IcEO越小，三極管溫度穩(wěn)定性越好。硅管的溫度穩(wěn)定性比鍺管好。三、三極管的輸入和輸出特性(一) 共發(fā)射極輸入特性曲線共發(fā)射極輸入特性曲線圖2-8輸入特性曲線:集射極之間的電壓 VCE 一定時(shí)，發(fā)射結(jié)電壓Vbe與基極電流IB之間的關(guān)系曲線，如圖 2-8所示。由圖可見:態(tài);1 .當(dāng) Vce2 V時(shí)，特性曲線基本重合。2 當(dāng)Vbe很小時(shí)，Ib等于零，三極管處于截止?fàn)? .當(dāng)Vbe大于門檻電壓健管約0.5 V，鍺

7、管i-f圖2-9三極管的輸出特性曲線約0.2 V）時(shí)，Ib逐漸增大，三極管開始導(dǎo)通。4 .三極管導(dǎo)通后，Vbe基本不變。硅管約為0.7 V，鍺管約為0.35. Vbe與Ib成非線性關(guān)系。（二）晶體三極管的輸出特性曲線輸出特性曲線：基極電流Ib 一定時(shí)，集、射極之間的電壓Vce與集電極電流Ic的關(guān)系曲線，如圖2-9所示。由圖可見：輸出特性曲線可分為三個(gè)工作區(qū)。1 .截止區(qū) 條件：發(fā)射結(jié)反偏或兩端電壓為零。特點(diǎn)：1 B 0, 1 C 1 CEO。2 .飽和區(qū) 條件：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。V。特點(diǎn)：Vce Vces, Vces稱為飽和管壓降，小功率硅管約0.3V，鍺管約為0.13 .放大區(qū) 條件：

8、發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。特點(diǎn)：Ic受Ib控制，即IcIb。在放大狀態(tài)，當(dāng)Ib 一定時(shí)，Ic不隨Vce變化，三極管 的這種特性稱為恒流特性。四、三極管主要參數(shù)三極管的參數(shù)是表征管子的性能和適用范圍的參考數(shù)據(jù)。（一）、共發(fā)射極電流放大系數(shù)1.直流放大系數(shù)。2 .交流放大系數(shù)。電流放大系數(shù)一般在 10100之間。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不穩(wěn)定。一般選3080為比較合適。（二）、極間反向飽和電流1 .集電極一一基極反向飽和電流ICBO。2 .集電極一一發(fā)射極反向飽和電流ICEO。I CEO (1 )I CBO反向飽和電流隨溫度增加而增加，是管子工作狀態(tài)不穩(wěn)定的主要因素。因此，常把它作 為判斷

9、管子性能的重要依據(jù)。硅管反向飽和電流遠(yuǎn)小于鍺管，在溫度變化范圍大的工作環(huán)境 應(yīng)選用硅管。（三）、極限參數(shù)1 .集電極最大允許電流ICM三極管工作時(shí)，當(dāng)集電極電流超過ICM時(shí)，管子性能將顯著下降，并有可能燒壞管子。2 .集電極最大允許耗散功率Pcm當(dāng)管子集電結(jié)兩端電壓與通過電流的乘積超過此值時(shí)，管子性能變壞或燒毀。3 .集電極一發(fā)射極間反向擊穿電壓V（BR）CEO管子基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。當(dāng)電壓越過此值時(shí)，管子將發(fā)生電圖2-10共發(fā)射極基本放大電路壓擊穿，若電擊穿導(dǎo)致熱擊穿會(huì)損壞管子。五、電壓放大原理（一）電路形式如圖2-10所示為晶體三極管共發(fā)射極基本放大電路，放 大電

10、路中，輸入交流信號(hào)Vi通電容Cl的耦合送到三極管的基極和發(fā)射極。電源Vcc通過偏置電阻 Rb提供Vbeq，基-射極間電+ Vcc表示該點(diǎn)接電池或直流壓為交流信號(hào)Vi與直流電壓 Vbeq的疊加?；鶚O電流iB產(chǎn)生相應(yīng)的變化。畫電路圖時(shí)，往往省略電源的圖形符號(hào)，而用其電位的極性及數(shù)值來表示，圖中電源的正極，而電源的負(fù)極就接在電位為零的公共端“丄”上。（二）元件作用1. V :晶體三極管，起電源放大使用。0【oq+GlOmV 0(d)案電電流2 . + Vcc :直流供電電源，為電路cel提供工作電壓和電流。3 . Rb：基極偏置電阻，電源電壓通0（對(duì)翼電極_覽射間電壓過Rb向基極提供合適的偏置電流I

11、B。（硏基視電洗0）基極-黃肘極間電壓4 . Ci:輸入耦合電容，耦合輸入交流信號(hào)Vi，并起隔離直流電的作用。圖2-11共發(fā)射極基本放大電路中各點(diǎn)波形5 . C2:輸出耦合電容，耦合輸入交流信號(hào)V0，并起隔離直流的作用。6 . Rc:集電極負(fù)載電阻，電源Vcc通過Rc為集電極供電，另一個(gè)作用是將放大的電流ic轉(zhuǎn)換為放大的電壓輸出。（三）電路原理iB電流經(jīng)放大后獲得對(duì)應(yīng)的集電極電流，如圖2-11所示。ic電流大時(shí)，負(fù)載電阻Rc的壓降也相應(yīng)大，使集電極對(duì)地的電位降低，如圖2-11（ e）所示；反之ic電流變小時(shí)，集電極對(duì)地的電位升高。因此集-射極間的電壓 UcE波形與ic變化情況相反。集電極的信號(hào)

12、經(jīng)V0與輸入信號(hào)電壓 Vi頻率相同,過耦合電容C2后隔離了直流成分 VCEQ,輸出的只是大信號(hào)的交流成分，波形如圖2-11 （ f） 所示。綜上分析可知，在共發(fā)射極放大電路中，輸出電壓 相位相反，幅度得到放大。六、分壓偏置電路基本交流電壓放大電路圖2-13射極輸出器如圖2-12所示為三極管分壓偏置放大電路,與前面的固定偏置電路相比較，多用了三個(gè)元件。上偏置電阻Rb1和下偏置電阻Rb2構(gòu)成一個(gè)分壓電路，以固定三極管基極的電位Vb，再利用發(fā)射極回路中的電阻Re獲得反映集電極電流變化的電壓Ve,使之與Vb相比較得它們的差值來控制IB以維持IC的基本穩(wěn)定。Ce則稱作發(fā)射極旁路電容，它的存在使得在考慮交

13、流信號(hào)時(shí)不必考慮Re的影響。七、射極輸出器射極輸出器的電路如圖輸出端是從發(fā)射極引出的,2-13所示，從圖中可以看到，它與前面介紹的電路不同，它的 故該電路稱為射極輸出器。 射極輸出器電路的特點(diǎn)是：輸入電阻大、輸出電阻小，因此在電路中常常起阻抗變換作用；共集電極放大電路具有電流放大作用,帶負(fù)載能力強(qiáng)、因此又常作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)；共集電極放大電路的電壓放大倍數(shù)恒小于1，而又十分接近1，并且輸出電壓與輸入電壓同相，所以又稱為射極跟隨器（簡稱射隨。）第三節(jié)晶體三極管的開關(guān)特性三極管具有三種工作狀態(tài)、放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。在放大電路中，三極管主要工作在放大狀態(tài)，因此，偏置電路及其參數(shù)的設(shè)置

14、要令電路的工作點(diǎn)處于合適的位置,并且經(jīng)常在這兩種狀態(tài)之間快速而在脈沖電路中，三極管主要工作在飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài), +6V圖2-14三極管的開關(guān)特性轉(zhuǎn)換，只有在轉(zhuǎn)換時(shí)才以極短的時(shí)間迅速通過放大區(qū)，三極管的這種工作狀態(tài)通常稱為“開關(guān)狀態(tài)”。如圖2-14所示，當(dāng)輸入電壓低于晶體三極管死區(qū)電壓或反向偏置時(shí)管子集 電極一發(fā)射極之間基本上無電流流通，相當(dāng)于斷開的開關(guān)。當(dāng)輸入電壓增大，三極管進(jìn)入 放大狀態(tài)，當(dāng)輸入電壓足夠大時(shí)，管子進(jìn)入飽和狀態(tài)，相當(dāng)于接通的開關(guān)。第四節(jié) 晶體三極管應(yīng)用舉例一、汽車晶體管調(diào)節(jié)器電路出圖2-15汽車晶體管調(diào)節(jié)器電路圖2-15所示電路可用來取代汽車上傳統(tǒng)的電磁振動(dòng)式電壓調(diào)節(jié)器（節(jié)壓

15、器），它幾乎可在任何一種負(fù)極搭鐵的電系中與其發(fā)電機(jī)配合使用。當(dāng)充電系輸出電壓小于13V時(shí)，穩(wěn)壓管D1和晶體三極管T1截止，T1集電極電位升高使 T2導(dǎo)通，于是將全壓加于發(fā)電機(jī)激磁繞組，使其輸出電壓逐漸升高，與此同時(shí)，發(fā)電機(jī)也向蓄電池進(jìn)行定電壓充電。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓達(dá)到13.6V時(shí)，D1和T1導(dǎo)通，T1集電極電位降低使 T2截止，發(fā)電機(jī)激磁電流減小，輸出電壓下降，以實(shí)現(xiàn)將其電壓限制在1313.6V 的范圍之內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)壓之目的。二、汽車光電式電子點(diǎn)火控制器圖2-16所示是汽車光電式電子點(diǎn)火控制器電路，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，遮光盤隨分電器轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)遮光盤缺口通過光源時(shí)，紅外光照射到光敏三極管V2上，使其產(chǎn)

16、生基極電流而導(dǎo)通，三極管V3也隨之導(dǎo)通，V3導(dǎo)通后，通過 R4給V4提供基極電流使 V4導(dǎo)通，V5基極電位接近零而截止，此時(shí) V6通過R6和R7的分壓獲得基極電流而導(dǎo)通，于是接通了點(diǎn)火線圈初級(jí)電路，點(diǎn)火線圈鐵芯中產(chǎn)生磁場；當(dāng)遮光盤檔住光線時(shí)，V2、V3、V4截止，V5導(dǎo)通，V6截止,Ci的作用建立將點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組切斷，磁場迅速消失，點(diǎn)火線圈次級(jí)繞組產(chǎn)生高壓電。是抗自激干擾。三、汽車制動(dòng)燈故障監(jiān)視器no応L.BklXi13IN；H麗1+泊co圖 2-17汽車制動(dòng)燈故障監(jiān)視器.汽車制動(dòng)燈狀況的好壞，直接影響到fanX尾隨車輛的安全。為了減少交通事故，保證行車安全，制動(dòng)燈故障監(jiān)視器可以給司2.2M

17、T2.2M 亠機(jī)及時(shí)提醒。圖 2-17所示是汽車制動(dòng)燈圖2-18 汽車擋風(fēng)玻璃洗滌液液位過低報(bào)警器電路故障監(jiān)視器，電路原理如下：常態(tài)情況下,制動(dòng)燈開關(guān)是斷開的。由于1.5K電阻大,制動(dòng)燈內(nèi)阻很小，三極管T1和T2的基極電位偏低，T1和T2管截止，指示燈不亮。若此時(shí)指示燈發(fā)亮，表明制動(dòng)燈燒斷或燈頭有故障。汽車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)燈開頭接通，三極管 T1和T2的基極電位升高，T1和T2管導(dǎo)通，指示 燈亮，表示正常，如果制動(dòng)時(shí)指示燈不亮， 則說明制動(dòng)燈燒斷或燈頭有故障或電路有搭鐵等 故障。四、擋風(fēng)玻璃洗滌液液位過低報(bào)警器汽車擋風(fēng)玻璃由于被泥土、灰塵或雪花遮擋，朦朦朧朧看不清楚，勢必造成能見度低,影響汽車的安

18、全行駛。圖2-18所示是汽車擋風(fēng)玻璃洗滌液液位過低報(bào)警器電路，該報(bào)警器電路是靠裝在貯水器內(nèi)的兩根控針導(dǎo)電時(shí)，微小電流使T1復(fù)合管導(dǎo)通，使其集電極電位下降，報(bào)警指示燈失電不亮，表示洗滌液液位正常，如果液位過低，兩根控針無微小電流使T1復(fù)合管截止，其集電極電位升高，報(bào)警指示燈電得電而亮，表示洗滌液液位過“低”五、汽車光電式車速傳感器允電M白n(a)LEDft電TJ04 5 V(b)圖2-19汽車光電式車速傳感器外形及其光電轉(zhuǎn)換電路圖2-19（ a）所示是汽車光電式車速傳感器外形，圖2-19（ b ）是車速傳感器光電轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)遮光板不能遮斷光束時(shí)， 光敏晶體管受到發(fā)光二極管的照射，光敏晶體管因光照

19、而 導(dǎo)通，晶體管 T的基極電位升高，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)遮光板遮斷光束時(shí)，光敏晶體 管截止，晶體管 T的基極電位為零，晶體管 T截止，從而Si端子輸出幅值約5V的矩形脈 沖信號(hào)。技能訓(xùn)練三：三極管的測試一、硅管或鍺管的判別:判別電路如圖2-20所示。當(dāng)V0.60.7 V時(shí)，為硅管；當(dāng)V0.1圖2-20 判別硅管或鍺管的測2-21估測 的電路試電路0.3V時(shí)，為鍺管。二、估計(jì)比較的大小NPN管估測電路如圖 2-21所示。萬用表設(shè)置在 Rk擋，測量并比較開關(guān)S斷開和接通時(shí)的電阻值。前后兩個(gè)讀數(shù)相差越大，說明管子的越高，即電流放大能力越大。估測PNP管時(shí)，將萬用表兩只表筆對(duì)換位置。三、估測ICEO

20、NPN管估測電路如圖2-22所示。所測阻值越大，說明管子的ICEO越小。若阻值無窮大，三極管正常；若阻值為零,三極管短路。測 PNP型管時(shí)，紅、黑表筆對(duì)調(diào),方法同前。0圖2-22 I CEO的估測四、NPN管型和PNP管型的判斷如圖2-23(a)所示，將萬用表設(shè)置在 R100擋，用黑表筆和任一管腳相接（假設(shè)它是基極b），紅表筆分別和另外兩個(gè)管腳相接，如果測得兩個(gè)阻值都很小，則黑表筆所連接的就是基極，而且是NPN型的管子。如圖 2-23（b）所示，如果按上述方法測得的結(jié)果均為高阻值，則黑表筆所連接的是PNP管的基極。五、e、b、c三個(gè)管腳的判斷首先確定三極管的基極和管型，然后采用估測值的方法判斷

21、C、e極。如圖2-31所示，（以NPN型管9014為例），先假定一個(gè)待定電極為集電極 （另一個(gè)假定為發(fā)射極）接入電路，記下歐姆表的擺動(dòng)幅度， 然后再把兩個(gè)待定電極對(duì)調(diào)一下接入電路，并記下歐姆表C,紅表筆所連接的管腳為的擺動(dòng)幅度。擺動(dòng)幅度大的一次，黑表筆所連接的管腳是集電極 發(fā)射極e,測PNP管時(shí)，只要把圖2-21電路中紅、黑表筆對(duì)調(diào)位置，仍照上述方法測試。本章小結(jié)1 .能把微弱的電信號(hào)（電壓、電流等）轉(zhuǎn)換為所需數(shù)值電信號(hào)的電路稱為放大電路,簡稱放大器。晶體三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，有NPN型和PNP型兩種基本類型。它們的工作原理基本相同， 但各極間所接電源的極性恰好相反，因此流過各極的電流和極間

22、電壓的 方向也相反。2 .三極管是由兩個(gè) PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的條件下, 具有電流放大作用；在發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均正偏時(shí)，處于飽和狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)的閉合；在發(fā) 射結(jié)與集電結(jié)均反偏時(shí)，處于截止?fàn)睿喈?dāng)于開關(guān)的斷開；在實(shí)際電路中，三極管的放大功能和開關(guān)功能得到廣泛應(yīng)用。基本放大電路的組成原則是：使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向 偏置。為保證基本放大電路正常放大輸入信號(hào)，必須合理地設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。3 .三極管的輸入特性類似二極管，輸出特性曲線分為截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)和擊穿區(qū)。三極管的特性受溫度的影響較大。放大體現(xiàn)了信號(hào)對(duì)能量的控制作用，放大電路輸出信號(hào)的能量是由電源提供的。值表示電流放大能力的大??；ICBO、Iceo反映了管子溫度穩(wěn)定性;4 .晶體三極管的工作狀態(tài)有三種：截止、放大和飽和。(1 )截止?fàn)顟B(tài)條件:發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都接反向偏置。特點(diǎn):Ib7 , lcO, UcE連。(2 )放大狀態(tài)條件:發(fā)射結(jié)接正向偏置，集電結(jié)接反向偏置特點(diǎn):(3 )飽和狀態(tài)條件:發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都接正向偏置。特點(diǎn):IcEc/Rc; Ic不再隨Ib的增加而增加。5 三極管是一種電流控制器件，即通過基極電流去控制集電極電流。三極管的放大作 用，實(shí)質(zhì)上是一種電流控制作用。三極管的輸入、輸