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

2、連成一體，便于散熱 。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. 下載可編輯 .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 。箭頭 ：表示發(fā)射結

3、加正向電壓時的電流方向。文字符號 ： V(三 )、晶體三極管的分類圖 2-3三極管符號1 三極管有多種分類方法。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. 下載可編輯 .(a) 共發(fā)射極接法(b)

4、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.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 2-5三極管電源的接法圖 2-6三極管三個電流的測量（二）三極管的電流放大作用. 下載可編輯 .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

5、.561.141.742.332.91IE/mA0.010.571.161.772.372.96測量電路如圖 2-6所示 ：調節(jié)電位器RP ，測得發(fā)射極電流I E 、基極電流 I B 和集電極電流 I C 的對應數(shù)據(jù)如表2-1 所示 。由表 2-1 ，I C0.58 mA58I B0.01 mA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) 表示三極管放大交流電流的能力I CI B 直流電流放大系數(shù)

6、表示三極管放大直流電流的能力I CI B4通常，所以 I CI B 可表示為ICIB. 下載可編輯 .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：IE ICI B因 IB很小，則ICEI說明 ：1IE0 時，CBICBO 。IIICBO 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 。圖 2-7I CBO 和 ICEO 示意圖2 IB0時， ICIEICEO。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（

7、一）共發(fā)射極輸入特性曲線圖 2-8共發(fā)射極輸入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 VCE2 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0.5V，鍺管約. 下載可編輯 .圖 2-9三極管的輸出特性曲線.0.2V)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0.7V，鍺管約為0.3V。5 VBE 與 IB 成非線性關系 。（二）晶體三極管的輸出特性

8、曲線輸出特性曲線：基極電流I B 一定時 ，集、射極之間的電壓VCE 與集電極電流I C 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： IB0，ICICEO 。2 飽和區(qū)條件 ：發(fā)射結和集電結均為正偏。特點 ： VCEVCES , VCES 稱為飽和管壓降，小功率硅管約0.3V，鍺管約為0.1V。3 放大區(qū)條件 ：發(fā)射結正偏 ，集電結反偏 。特點： I C 受 I B 控制，即I CIB 。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

9、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). 下載可編輯 .定 。 一般選 3080 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。ICEO(1)ICBO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

10、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圖 2-10共發(fā)射極基本放大和發(fā)射極 。電源 VCC通過偏置電阻 Rb 提供 VBEQ，基- 射極間電壓電路為交流信號vi

11、 與直流電壓VBEQ 的疊加 。 基極電流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. 下載可編輯 .源的正極 ，而電源的負極就接在電位為零的公共端“”上。（二）元件作用1 V：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。3 Rb ： 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。4 C1 ： 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。圖 2-11共發(fā)射極基本放大電路中各點波形5 C2：輸出耦合電容 ，耦合輸入交流信號v0 ，并起隔

12、離直流的作用。6 RC：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 ，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

13、v0 與輸入信號電壓 vi 頻率相同，相位相反 ，幅度得到放大 。. 下載可編輯 .圖 2-12三極管分壓偏置放大電路圖 2-13 射極輸出器六、分壓偏置電路基本交流電壓放大電路如圖 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，使之與 VB 相比較得它們的差值來控制 I以維持 I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BC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

14、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. 下載可編輯 .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

15、于合適的位置，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)，并且經常在這兩種狀態(tài)之間快圖 2-14三極管的開關特性速轉換 ，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. 下載可編輯 .圖 2-15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

16、（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所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

17、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 V 4 提供基極電流使V4 導通 ， V5 基極電. 下載可編輯 .圖 2-16汽車光電式電子點火控制器電路.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。三、汽車制動燈故障監(jiān)視器

18、圖 2-17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 所示是汽圖 2-18汽車擋風玻璃洗滌液液位過低報警器電路車制動燈故障監(jiān)視器，電路原理如下 ：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

19、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. 下載可編輯 .汽車擋風玻璃由于被泥土、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

20、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. 下載可編輯 .一、硅管或鍺管的判別：判別電路如圖2-20所示。當V0.60.7V時，為硅管；當圖 2-20判別硅管或鍺管的測圖 2-21估測的電路試電路V 0.10.3V 時，為鍺管

21、 。二 、估計比較的大小NPN 管估測電路如圖 2-21所示 。 萬用表設置在 R1k 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 ，說明管子的越高 ，即電流放大能力越大 。 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 ；若阻值為圖 2-22I CEO 的估測零，三極管短路 。 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. 下載可編輯 .圖 2-23基極 b 的判斷如圖 2-23(a)

22、 所示，將萬用表設置在R1k或 R100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

23、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 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電壓的方向也相反。. 下載可編輯 .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

24、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。基本放大電路的組成原則是：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。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。. 下載可編輯 .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