晶體三極管的應用

1、.第二章 晶體三極管及其應用教學重點1掌握晶體三極管的結構、工作電壓、基本連接方式和電流分配關系。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)及溫度對參數(shù)的影響。教學難點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、晶體三極管的結構、分類和符號（一）、三極管的基本結構1三極管的外形：如圖2-1所示。三極管通常有三個電極，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，便

2、于散熱。圖2-1 三極管外形圖2-2 三極管的結構圖2三極管的結構：三極管的核心是兩個PN結，按照兩個PN結的組合方式不同，可分為 PNP型管和NPN型兩類，如圖2-2所示。3晶體三極管有三個區(qū)發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)；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。兩個PN結發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結稱為發(fā)射結(BE結)、集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結稱為集電結(BC結)；三個電極發(fā)射極e(E)、基極b(B)和集電極c(C)；（二）、晶體三極管的符號晶體三極管的符號如圖2-3所示。圖2-3 三極管符號箭頭：表示發(fā)射結加正向電壓時的電流方向。文字符號：V(三)、晶體三極管的分類1三極

3、管有多種分類方法。按內部結構分：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：有普通管和開關管；按半導體材料分：有鍺管和硅管等等。2國產三極管命名法：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型開關鍺三極管等。二、三極管的基本連接方式(a) 共發(fā)射極接法 (b) 共基極接法 (c) 共集電極接法 圖2-4 三極管在電路中的三種基本聯(lián)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。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

4、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的工作條件是：發(fā)射結加正向偏壓，集電結加反向偏壓。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。圖2-6 三極管三個電流的測量圖2-5 三極管電源的接法（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/mA00.010.020.030.040.05IE/mA0.010.571.161.772.372.96測量電路如圖2-6所示：調節(jié)電位器，測得發(fā)射極電流、基極電流和集電極電流的對應數(shù)據(jù)如表2-1所示。由表2-1， 結論：1當基極電流IB的微小變化，就能引起集電極電流IC的

5、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。其特點是管內有兩種載流子參與導電。3電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) b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，所以可表示為二、三極管的電流分配關系由表2-1得出，三極管中電流分配關系如下：因IB很小，則IC » IE圖2-7 ICBO和ICEO示意圖說明：1時，IC = - IB = ICBO。ICBO稱為集電極基極反向飽和電流，見圖2-7(a)。一般ICBO很小，與溫度有關。2時，。圖2-8 共發(fā)射極輸入特性曲線ICEO稱為集電極發(fā)射極反向電

6、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)射極輸入特性曲線圖2-9 三極管的輸出特性曲線輸入特性曲線：集射極之間的電壓VCE一定時，發(fā)射結電壓VBE與基極電流IB之間的關系曲線，如圖2-8所示。由圖可見：1當VCE ³ 2 V時，特性曲線基本重合。2當VBE很小時，IB等于零，三極管處于截止狀態(tài)；3當VBE大于門檻電壓(硅管約0.5 V，鍺管約0.2 V)時，IB逐漸增大，三極管開始導通。4三極管導通后，VBE基本不變。硅管約為0.7 V，鍺管約為0.3 V。 5VBE與IB成非線性關系。（二

7、）晶體三極管的輸出特性曲線輸出特性曲線：基極電流一定時，集、射極之間的電壓與集電極電流的關系曲線，如圖2-9所示。由圖可見：輸出特性曲線可分為三個工作區(qū)。1截止區(qū)條件：發(fā)射結反偏或兩端電壓為零。特點：。2飽和區(qū)條件：發(fā)射結和集電結均為正偏。特點：, 稱為飽和管壓降，小功率硅管約0.3 V，鍺管約為0.1 V。3放大區(qū)條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏。特點：受控制，即。在放大狀態(tài)，當IB一定時，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10 100

8、之間。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不穩(wěn)定。一般選30 80為比較合適。（二）、極間反向飽和電流1集電極基極反向飽和電流ICBO。2集電極發(fā)射極反向飽和電流ICEO。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，常把它作為判斷管子性能的重要依據(jù)。硅管反向飽和電流遠小于鍺管，在溫度變化范圍大的工作環(huán)境應選用硅管。（三）、極限參數(shù)1集電極最大允許電流ICM三極管工作時，當集電極電流超過ICM時，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當管子集電結兩端電壓與通過電流的乘積超過此值時，管子性能變壞或燒毀。3集電極發(fā)射極間反向擊穿電壓V(BR)CEO

9、圖2-10 共發(fā)射極基本放大電路管子基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。當電壓越過此值時，管子將發(fā)生電壓擊穿，若電擊穿導致熱擊穿會損壞管子。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，放大電路中，輸入交流信號vi通電容C1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-射極間電壓為交流信號vi與直流電壓VBEQ的疊加?；鶚O電流iB產生相應的變化。畫電路圖時，往往省略電源的圖形符號，而用其電位的極性及數(shù)值來表示，圖中+VCC表示該點接電池或直流電源的正極，而電源的負極就接在電位為零的公共端“”上。圖2-11 共發(fā)射極基本放

10、大電路中各點波形（二）元件作用1V：晶體三極管，起電源放大使用。2+VCC：直流供電電源，為電路提供工作電壓和電流。3Rb：基極偏置電阻，電源電壓通過Rb向基極提供合適的偏置電流IB。4C1：輸入耦合電容，耦合輸入交流信號vi，并起隔離直流電的作用。5C2：輸出耦合電容，耦合輸入交流信號v0，并起隔離直流的作用。6RC：集電極負載電阻，電源VCC通過RC為集電極供電，另一個作用是將放大的電流iC轉換為放大的電壓輸出。（三）電路原理iB電流經(jīng)放大后獲得對應的集電極電流，如圖2-11所示。iC電流大時,負載電阻RC的壓降也相應大，使集電極對地的電位降低，如圖2-11（e）所示；反之iC電流變小時，

11、集電極對地的電位升高。因此集-射極間的電壓UCE波形與iC變化情況相反。集電極的信號經(jīng)過耦合電容C2后隔離了直流成分VCEQ，輸出的只是大信號的交流成分，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v0與輸入信號電壓vi頻率相同，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2-12 三極管分壓偏置放大電路圖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，多用了三個元件。上偏置電阻Rb1和下偏置電阻Rb2構成一個分壓電路，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

12、，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流信號時不必考慮Re的影響。七、射極輸出器射極輸出器的電路如圖2-13所示，從圖中可以看到，它與前面介紹的電路不同，它的輸出端是從發(fā)射極引出的，故該電路稱為射極輸出器。射極輸出器電路的特點是：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，帶負載能力強、因此又常作為多級放大電路的輸出級；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) 晶體三極管的開關特性三極管具有三種工

13、作狀態(tài)、放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)和截止狀態(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)的設置要令電路的工作點處于合適的位置，圖2-14 三極管的開關特性而在脈沖電路中，三極管主要工作在飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)，并且經(jīng)常在這兩種狀態(tài)之間快速轉換，只有在轉換時才以極短的時間迅速通過放大區(qū)，三極管的這種工作狀態(tài)通常稱為“開關狀態(tài)”。如圖2-14所示，當輸入電壓低于晶體三極管死區(qū)電壓或反向偏置時管子集電極發(fā)射極之間基本上無電流流通，相當于斷開的開關。當輸入電壓增大，三極管進入放大狀態(tài)，當輸入電壓足夠大時，管子進入飽和狀態(tài)，相當于接通的開關。第四節(jié) 晶體三極管應用舉例一、汽車晶體管調節(jié)器電路圖2

14、-15 汽車晶體管調節(jié)器電路圖2-15所示電路可用來取代汽車上傳統(tǒng)的電磁振動式電壓調節(jié)器（節(jié)壓器），它幾乎可在任何一種負極搭鐵的電系中與其發(fā)電機配合使用。當充電系輸出電壓小于13V時，穩(wěn)壓管D1和晶體三極管T1截止，T1集電極電位升高使T2導通，于是將全壓加于發(fā)電機激磁繞組，使其輸出電壓逐漸升高，與此同時，發(fā)電機也向蓄電池進行定電壓充電。當發(fā)電機輸出電壓達到13.6V時，D1和T1導通，T1集電極電位降低使T2截止，發(fā)電機激磁電流減小，輸出電壓下降，以實現(xiàn)將其電壓限制在1313.6V的范圍之內，從而達到調壓之目的。二、汽車光電式電子點火控制器圖2-16 汽車光電式電子點火控制器電路圖2-16所

15、示是汽車光電式電子點火控制器電路，發(fā)動機工作時，遮光盤隨分電器轉動，當遮光盤缺口通過光源時，紅外光照射到光敏三極管V2上，使其產生基極電流而導通，三極管V3也隨之導通，V3導通后，通過R4給V4提供基極電流使V4導通，V5基極電位接近零而截止，此時V6通過R6和R7的分壓獲得基極電流而導通，于是接通了點火線圈初級電路，點火線圈鐵芯中產生磁場；當遮光盤檔住光線時，V2、V3、V4截止，V5導通，V6截止，建立將點火線圈初級繞組切斷，磁場迅速消失，點火線圈次級繞組產生高壓電。C1的作用是抗自激干擾。圖2-17 汽車制動燈故障監(jiān)視器三、汽車制動燈故障監(jiān)視器汽車制動燈狀況的好壞，直接影響到尾隨車輛的安

16、全。為了減少交通事故，保證行車安全，制動燈故障監(jiān)視器可以給司機及時提醒。圖2-17所示是汽車制動燈故障監(jiān)視器，電路原圖2-18 汽車擋風玻璃洗滌液液位過低報警器電路理如下：常態(tài)情況下，制動燈開關是斷開的。由于1.5K電阻大，制動燈內阻很小，三極管T1和T2的基極電位偏低， T1和T2管截止，指示燈不亮。若此時指示燈發(fā)亮，表明制動燈燒斷或燈頭有故障。汽車制動時，制動燈開頭接通，三極管T1和T2的基極電位升高， T1和T2管導通，指示燈亮，表示正常，如果制動時指示燈不亮，則說明制動燈燒斷或燈頭有故障或電路有搭鐵等故障。四、擋風玻璃洗滌液液位過低報警器汽車擋風玻璃由于被泥土、灰塵或雪花遮擋，朦朦朧朧

17、看不清楚，勢必造成能見度低，影響汽車的安全行駛。圖2-18所示是汽車擋風玻璃洗滌液液位過低報警器電路，該報警器電路是靠裝在貯水器內的兩根控針導電時，微小電流使T1復合管導通，使其集電極電位下降，報警指示燈失電不亮，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復合管截止，其集電極電位升高，報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（a） (b)圖2-19 汽車光電式車速傳感器外形及其光電轉換電路圖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換電路。當遮光板不能遮斷光束時，光敏晶體管受到發(fā)光二極管的照射，光敏晶體管因光

18、照而導通，晶體管T的基極電位升高，晶體管處于導通狀態(tài)，當遮光板遮斷光束時，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。技能訓練三： 三極管的測試一、硅管或鍺管的判別：圖2-20 判別硅管或鍺管的測試電路圖2-21 估測b 的電路判別電路如圖2-20所示。當V = 0.6 0.7 V時，為硅管；當V = 0.1 0.3V時，為鍺管。二、估計比較 b 的大小圖2-22 的估測NPN管估測電路如圖2-21所示。萬用表設置在R ´ 1 kW擋，測量并比較開關S斷開和接通時的電阻值。前后兩個讀數(shù)相差越大，說明管子的 b 越高，即電流放大能力

19、越大。估測PNP管時，將萬用表兩只表筆對換位置。三、估測ICEONPN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，紅、黑表筆對調，方法同前。四、NPN管型和PNP管型的判斷圖2-23 基極b的判斷如圖2-23(a)所示，將萬用表設置在R ´ 1 kW 或R ´ 100 W 擋， 用黑表筆和任一管腳相接(假設它是基極b)，紅表筆分別和另外兩個管腳相接，如果測得兩個阻值都很小，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果均為高阻值，則黑表筆

20、所連接的是PNP管的基極。五、e、b、c三個管腳的判斷首先確定三極管的基極和管型，然后采用估測 b 值的方法判斷c、e極。如圖2-31所示，（以NPN型管9014為例），先假定一個待定電極為集電極(另一個假定為發(fā)射極)接入電路，記下歐姆表的擺動幅度，然后再把兩個待定電極對調一下接入電路，并記下歐姆表的擺動幅度。擺動幅度大的一次，黑表筆所連接的管腳是集電極c，紅表筆所連接的管腳為發(fā)射極e，測PNP管時，只要把圖2-21電路中紅、黑表筆對調位置，仍照上述方法測試。本章小結能把微弱的電信號（電壓、電流等）轉換為所需數(shù)值電信號的電路稱為放大電路，簡稱放大器。晶體三極管由兩個PN結構成，有NPN型和PN

21、P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電壓的方向也相反。2三極管是由兩個PN結構成的半導體器件，在發(fā)射結正偏、集電結反偏的條件下，具有電流放大作用；在發(fā)射結與集電結均正偏時，處于飽和狀態(tài)，相當于開關的閉合；在發(fā)射結與集電結均反偏時，處于截止狀，相當于開關的斷開；在實際電路中，三極管的放大功能和開關功能得到廣泛應用?；痉糯箅娐返慕M成原則是：使發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。為保證基本放大電路正常放大輸入信號，必須合理地設置靜態(tài)工作點。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

22、較大。放大體現(xiàn)了信號對能量的控制作用，放大電路輸出信號的能量是由電源提供的。b 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）截止狀態(tài)條件：發(fā)射結和集電結都接反向偏置。特點：IB0，IC0，UCEE。（2）放大狀態(tài)條件：發(fā)射結接正向偏置，集電結接反向偏置特點：ICIB（3）飽和狀態(tài)條件：發(fā)射結和集電結都接正向偏置。特點：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，實質上是一種電流控制作用。三極管的輸入、輸出特性曲線都是非線性的，因此不能隨便應用歐姆定律來進行計算。6要保證三極管放大電路能正常工作，要設置合適的靜態(tài)工作點，除了常見的基本交流電壓放大電路外，還有分壓偏置放大電路和射極輸出電路。思考題與習題2