晶体三极管及其应用

晶体三极管及其应用第1页/共42页晶体三极管及其应用1.了解三极管的结构，理解其工作原理；2.掌握三极管的伏安特性和主要参数；3.会判断三极管的工作状态。三极管的性质及工作状态判断三极管的电流放大原理第3讲教学目标教学重点教学难点第2页/共42页半导体三极管

单极型半导体三极管又称场效应管（FET,FieldEffectTransistor），它是一种利用电场效应控制输出电流的半导体三极管，工作时只有一种载流子（多数载流子）参与导电，故称单极型半导体三极管。

半导体三极管具有电流放大作用，它分为双极型和单极型两种类型。

双极型半导体三极管（BJT,BipolarJunctionTransistor），又称为晶体三极管，简称三极管。因工作时有空穴和电子两种载流子参与导电而得名。第3页/共42页晶体三极管一、晶体三极管的结构与原理二、晶体三极管的特性曲线三、晶体三极管的工作状态四、晶体三极管的主要参数五、晶体三极管的识别与检测六、晶体三极管的选用第4页/共42页多子浓度高多子浓度很低，且很薄面积大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。小功率管中功率管大功率管为什么有孔？1、三极管结构、符号和分类一、晶体三极管的结构与工作原理第5页/共42页晶体三极管第6页/共42页分类：按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管<500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管>1W中功率管0.51W第7页/共42页二、晶体管的放大原理

扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散第8页/共42页实验+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCEiEiB00.02 0.04 0.060.080.10iC<0.0010.70 1.502.303.103.95iE<0.0010.72 1.542.363.184.05表1-1电流单位：mA发射结正偏：Vb>Ve集电结反偏：Vc>Vb第9页/共42页电流分配：IE＝IB＋IC

IE－扩散运动形成的电流

IB－复合运动形成的电流

IC－漂移运动形成的电流穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数晶体管的电流放大作用第10页/共42页三、晶体管的共射输入特性和输出特性

对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。导通电压UBE(on)硅管：(0.60.8)V锗管：

(0.20.3)V取0.7V取0.2V1、输入特性第11页/共42页2、输出特性iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321（1）截止区：

IB0

IC=ICEO0条件：两个结均反偏截止区ICEO（动画2-2）第12页/共42页iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321（2）放大区放大区截止区条件：发射结正偏集电结反偏特点：

水平等间隔ICEO第13页/共42页iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321（3）饱和区

uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0

条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区ICEO第14页/共42页3、温度对特性曲线的影响（1）温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1C，UBE

(22.5)mV。温度每升高10C，ICBO

约增大1倍。OT2>T1第15页/共42页（2）温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O第16页/共42页三、晶体三极管的工作状态三种工作状态状态电流关系

条件放大I

C=

IB发射结正偏集电结反偏饱和

IC

IB两个结正偏截止IB<0,IC=0两个结反偏判断导通还是截止：UBE>U(th)

则导通以NPN为例：UBE<U(th)

则截止第17页/共42页判断饱和还是放大：（1）电位判别法NPN管UC>UB>UE放大UE<UC

UB饱和PNP管UC<UB<UE放大UE>UC

U

B饱和（2）电流判别法IB>IBS

则饱和IB<IBS则放大第18页/共42页四、晶体三极管的主要参数1、电流放大系数（1）共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数

—交流电流放大系数一般为几十几百Q第19页/共42页（2）共基极电流放大系数1一般在0.98以上。

iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321Q2、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。第20页/共42页3、极限参数（1）ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。（2）PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCEiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区第21页/共42页U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。（3）U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO第22页/共42页例1：测量三极管三个电极对地电位如图试判断三极管的工作状态。

放大截止饱和第23页/共42页例2：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？（1）

VC

＝6V

VB

＝0.7V

VE

＝0V（2）VC

＝6V

VB

＝4V

VE

＝5V（3）VC

＝3.6V

VB

＝4V

VE

＝3.4V原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止解：对NPN管而言，放大时VC

＞VB

＞VE

对PNP管而言，放大时VC

＜VB

＜VE

（1）放大区（2）截止区（3）饱和区第24页/共42页例3:

某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚、管型。解：电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。第25页/共42页

例4：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V

（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V

（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V

（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V

判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cNPN锗（3）U1c、U2b、U3ePNP硅（4）U1c、U2b、U3ePNP锗

原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。

NPN管UBE＞0，UBC＜0，即UC

＞UB

＞UE

。

PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC

＜UB

＜UE

。解：第26页/共42页五、晶体三极管的检测1中、小功率三极管的检测

1、中、小功率三极管的检测

①测量极间电阻。将万用表置于R×100或R×1K挡，按照红、黑表笔的六种不同接法进行测试。其中，发射结和集电结的正向电阻值比较低，其他四种接法测得的电阻值都很高，约为几百千欧至无穷大。但不管是低阻还是高阻，硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管的极间电阻大得多。（1）已知型号和管脚排列的三极管性能好坏的判断第27页/共42页

ICEO=βICBO。随着环境温度的升高，ICBO增加，必然造成ICEO的增大。而ICEO的增大将直接影响管子工作的稳定性，所以在使用中应尽量选用ICEO小的管子。

通过用万用表电阻直接测量三极管e－c极之间的电阻方法，可间接估计ICEO的大小，具体方法如下：

万用表电阻的量程一般选用R×100或R×1K挡，对于PNP管，黑表管接e极，红表笔接c极，对于NPN型三极管，黑表笔接c极，红表笔接e极。要求测得的电阻越大越好。e－c间的阻值越大，说明管子的ICEO越小；反之，所测阻值越小，说明被测管的ICEO越大。一般说来，中、小功率硅管、锗材料低频管，其阻值应分别在几百千欧、几十千欧以上，如果阻值很小或测试时万用表指针来回晃动，则表明ICEO很大，管子的性能不稳定。②测三极管的穿透电流ICEO第28页/共42页

目前有些型号的万用表具有测量三极管hFE的刻度线及其测试插座，可以很方便地测量三极管的放大倍数。先将万用表功能开关拨至挡，量程开关拨到ADJ位置，把红、黑表笔短接，调整调零旋钮，使万用表指针指示为零，然后将量程开关拨到hFE位置，并使两短接的表笔分开，把被测三极管插入测试插座，即可从hFE刻度线上读出管子的放大倍数。

另外：有此型号的中、小功率三极管，生产厂家直接在其管壳顶部标示出不同色点来表明管子的放大倍数β值，其颜色和β值的对应关系如表所示，但要注意，各厂家所用色标并不一定完全相同。③测量放大能力(β)第29页/共42页

①用万用电表判别三极管的类型和基极

根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×1k挡位。假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。

★测试的第一步是判断哪个管脚是基极。（三颠倒，找基极）任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，那么这次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。

★三极管类型的判别：三极管只有两种类型，即PNP型和NPN型。判别时只要知道基极是P型材料还N型材料即可。当用万用电表R×1k挡时，黑表笔代表电源正极，如果黑表笔接基极时导通，则说明三极管的基极为P型材料，三极管即为NPN型。如果红表笔接基极导通，则说明三极管基极为N型材料，三极管即为PNP型。（2）检测判别三极管的电极第30页/共42页②测试NPN型管C、E★测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。

对于NPN型三极管，由NPN型三极管穿透电流的流向原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔→c极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔→e极→b极→c极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。★测不出，动嘴巴若采用上述方法，颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基极b，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。第31页/共42页★★数字式万用表辨别三极管

先用二极管档找出B极。并判断是PNP还是NPN；有没有击穿。当B极确定，极性确定，管子是好的。可以把数字表打到HFE档。按NPN或PNP把B极针插到B极孔，任意把假定的“E”、“C”脚分别插入E、C

孔。记录HFE读数。然后对调“E”、“C”。记录HFE读数。读数大的一次E极孔所插的为E极。要注意，带有阻尼或互补达林顿的管容易误判断。对于常见的进口型号的大功率塑封管，其C极基本都是在中间。中、小功率管有的B极可能在中间。比如常用的9014三极管及其系列的其它型号三极管。第32页/共42页

在实际应用中、小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上，由于元件的安装密度大，拆卸比较麻烦，所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡，去测量被测三极管各引脚的电压值，来推断其工作是否正常，进而判断其好坏。正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止2、在路电压检测判断法第33页/共42页六、晶体三极管的选用

晶体三极管的选用要点：

1、为保证三极管工作在安全区，应是工作电流IC＜ICM，PC＜PCM，UCE＜U（BR）CEO。当需要使用功率三极管时，要满足散热条件。如果在发射结上有反向电压时，特别要注意e，b极间的反向电压不能超过U（BR）EBO。

2、在放大高频信号时，要选用高频管，以减小高频段使β值不致下降太多。若用于开关电路中，应选用开关管，来保证有足够高的开关速度。因为硅管的反向电流很小，允许的结温也大于锗管，所以在温度变化大的环境中应选用硅管；而要求导通电压低或电源只有1.5V时，应选用硅管。

3、为保证放大电路工作稳定，应选用反向电流小而且值不宜太高的管子，否则工作不稳定。一些三极管的型号和主要参数可查阅手册。

4、对于三极管的电压、电流等主要参数可以适当降额使用。例如，在要求三极管的功率为70W的电路中，可使用功率为100W的三极管，在要求三极管的电流为1A的电路中，可使用电流为1.5A的三极管。降额幅度一般可按30%掌握。降额使用三极管，对其安全性有利，并可有效提高整机的可靠性。第34页/共42页双极型半导体三极管(晶体三极管

BJT)单极型半导体三极管(场效应管

FET)两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管1.形式与结构NPNPNP三区、三极、两结2.特点基极电流控制集电极电流并实现放大本节小结第35页/共42页放大条件内因：发射区载流子浓度高、

基区薄、集电区面积大外因：发射结正偏、集电结反偏3.电流关系IE=IC+IBIC=

IB+ICEO

IE=(1+)

IB+ICEOIE=IC+IBI