项目5-2 晶体管课件讲解

3.3晶体管学习目标：了解晶体管的结构及工作状态，掌握晶体管的简易测试方法，掌握晶体管的放大、开关电路在汽车上的应用。3.3.1晶体管的基本结构3.3晶体管

在一块半导体芯片上，通过掺杂等工艺形成三个导电区域和两个PN结，分别从三个区引出电极，加管封装即形成晶体晶体管。NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极晶体管有：三个导电区、两个PN结、三个电极。3.3晶体管3.3.1晶体管的基本结构3.3晶体管NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICNPN型晶体管IBIEICBECPNP型晶体管三个导电区、两个PN结、三个电极。3.3.1晶体管的基本结构3.3晶体管基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极集电区：面积最大发射区用来发射载流子。集电区用来收集载流子。基区用来控制载流子。晶体管有锗管和硅管。三个导电区、两个PN结、三个电极。3.3.1晶体管的基本结构3.3晶体管3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管

PN结的偏置方式决定了晶体管的导通与截止。晶体管有两个PN结、三个电极，需要以一个电极为公用端接两个外加电压。故有三种接法。1.放大状态(1)条件发射结正偏、集电结反偏

晶体管有三种工作状态：放大状态、饱和状态和截止状态。以NPN管为例

发射结要正向偏置，以保证发射区的多数载流子能到达基区；其次，集电结要反向偏置，以保证发射到基区的大多数载流子都能传输到集电区。NNP3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管

NPN：发射结正偏VB>VE；

集电结反偏VC>VB

。1.放大状态(1)条件发射结正偏、集电结反偏NNPPNP管如何？3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管1.放大状态(1)条件发射结正偏、集电结反偏(2)载流子运动过程

发射区发射载流子形成IE，其中少部分在基区被复合而形成IB，大部分被集电极收集而形成IC。3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管1.放大状态(2)载流子运动过程BECNNPEBRBECIEIBICICBO基区空穴向发射区的扩散可忽略发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB，多数扩散到集电结。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成IC集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管1.放大状态(2)载流子运动过程ICIBBECNNPEBRBECIEIBICICBO发射区向基区扩散电子；电子在基区扩散和复合；集电区收集从发射区扩散过来的电子。如上所述，从发射区扩散到基区的电子只有一小部分在基区复合，绝大部分到达集电区。由于IB很小，而IC很大，因此其电流放大系数为：3.3晶体管(2)载流子运动过程3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管1.放大状态(2)三电极电流关系

IE＝IB＋ICICIBBECNNPEBRBECIEIBICICBO且IC≥IB

二者数值很接近，一般不作区别，统称为晶体管的电流放大系数，用β表示。3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管2.饱和状态(1)条件发射结正偏、集电结正偏IC不随IB的增大而增大的现象。实际上UCE＜UBE即饱和。

NPN：发射结正偏VB>VE；

集电结正偏VB>VC

。3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管2.饱和状态(1)条件发射结正偏、集电结正偏IC不随IB的增大而增大的现象。(2)特征IB增加时，IC基本不变；UCE≈0；晶体管相当于短路(开关闭合)。3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管3.截止状态(1)条件发射结反偏、集电结反偏

NPN：发射结反偏VB＜VE；

集电结反偏VB＜VC

。实际上VE＜VB即截止。3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管3.截止状态(1)条件发射结反偏、集电结反偏(2)特征基极电流IB＝0；集电极电流IC＝0；UCE＝UCC；晶体管相当于开路(开关断开)。3.3.2晶体管的电流放大作用3.3晶体管晶体管的应用

放大作用：对微弱的传感器信号进行放大后，传给ECU；

开关作用：利用晶体管截止与饱和两个状态互相变换，即集电极与发射极间的短路与断路，作为一个电子开关，控制其他电子元件。3.3.3晶体管的特性曲线3.3晶体管用来表示晶体管各极电压和电流之间相互关系的曲线，它反映晶体管的性能，也是分析放大电路的重要依据。最常用的是共射极接法的输入特性曲线和输出特性曲线，这些曲线可用晶体管图示仪直接观测得到，也可以通过实验电路进行测绘。直观地分析晶体管的工作状态。合理选择电路的参数，设计性能良好的电路。为什么要研究特性曲线？

对于不同型号的晶体管其特性也不相同，现用NPN硅管3DG6，测其特性。3.3.3晶体管的特性曲线输入回路输出回路ICEBmA

AVUCEUBERBIBECV++––––++

测量晶体管特性的实验线路发射极是输入回路、输出回路的公共端。共发射极电路1.输入特性曲线

当UCE＝常数时，IB与UBE之间的关系曲线IB=f(UBE)称为晶体管的输入特性曲线。3.3晶体管3.3.3晶体管的特性曲线1.输入特性曲线3.3晶体管特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：硅管：UBE0.6~0.7V锗管：UBE0.2~0.3VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO75℃25℃UCE≥1V时，晶体管处于放大状态，且所有输入特性曲线基本上是重合的；UBE超过死区后进入放大状态；温度增加时，UBE不变时，IB增加。3.3.3晶体管的特性曲线2.输出特性曲线3.3晶体管IB=020A40A60A80A100A26IC(mA)1224UCE(V)912O放大区晶体管输出特性曲线分三个工作区(1)放大区

在放大区有IC=

IB，也称为线性区，具有恒流特性。

在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。2.输出特性曲线3.3晶体管晶体管输出特性曲线分三个工作区(2)截止区IB=020A40A60A80A100A26IC(mA)1224UCE(V)912O截止区

当IB=0时曲线以下区域，有IC0

。对NPN管，UBE=UT时，即开始截止，但是为了可靠截止常使UBE小于或等于零。此时发射结，集电结均反向偏置，晶体管的电流很小可以不计，相当于开关断开。2.输出特性曲线3.3晶体管晶体管输出特性曲线分三个工作区IB=020A40A60A80A100A26IC(mA)1224UCE(V)912O饱和区截止区(3)饱和区当UBE>UCE时，发射结、集电结均正向偏置，晶体管处于饱和工作状态。在饱和区IB的变化对IC的影响很小，两者不成正比，放大区不能用于饱和区，由于饱和时，两结都正向偏置，阻挡层消失，电流很大，相当于开关闭合。晶体管3.3.4晶体管的命名3.3晶体管

晶体管的命名方法各国不同，通常根据中华人民共和国国家标准GB249-1989规定，晶体管的命名由五部分组成。3.3晶体管第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用数字表示电极数目用汉语拼音字母表示器件材料和极性用汉语拼音字母表示器件的类别用数字表示器件序号用汉语拼音字母表示规格号符号意义符号意义符号意义2二极管ABCDN型锗材料P型锗材料N型硅材料P型硅材料PVWCZLSKXGDATYBJ小信号管混频检波管电压调整和电压基准管变容管整流管整流堆隧道管开关管低频小功率管高频小功率管低频大功率管高频大功率管闸整管体效应管雪崩管阶跃恢复管3三极管ABCDEPNP型锗材料NPN型锗材料PNP型硅材料NPN型硅材料化合物材料3.3.5晶体管的主要参数3.3晶体管1.电流放大系数(倍数)当晶体管工作在动态时，基极电流的变化量为，它引起集电极电流的变化量为，它与的比值称为电流放大系数。2.集—基极反向饱和电流(ICBO)在发射极开路的情况下，集电极与基极之间加反向电压时的反向电流称集—基极反向饱和电流(ICBO)。它实际上和单个PN结的反向电流一样，受温度影响很大。在一定温度下ICBO基本是一个常数。一般小功率锗晶体管的ICBO为几微安到几十微安，小功率硅晶体管的ICBO小于，显然ICBO越小，锗晶体管或硅晶体管的工作稳定性越好。3.3.5晶体管的主要参数3.3晶体管2.集—射极反向穿透电流(ICEO)在基极开路情况下，集射极之间加上一定反向电压时的集射极反向穿透电流(ICEO)。也称集射极反向穿透电流。4.集电极最大允许电流ICM集电极电流超过某一值时，电流放大系数值就要下降，ICM就是下降到其正常值的2/3时的集电极电流。5.集—射极反向击穿电压U(BR)CEO是在基极开路时加在集射极之间的最大允许电压，当晶体管的集射极电压UCE大于U(BR)CEO时，ICEO剧增晶体管被击穿。3.3.6晶体管的简易测试3.3晶体管1.先判断基极b和晶体管类型从外表不能判别晶体管时，需要借助万用表电阻挡来大致判别晶体管的好坏和极性。

依据：PN结正向电阻小，反向电阻大。

工具：万用表。

方法:

用万用表的R×100或

R×1k挡(不能用R×1和R×10k挡？)来测量PN结的正反向电阻。

判断：两表笔分别对晶体管的三个管脚中的任意两个管脚进行正接测量和反接测量各一次，如果在正、反接时测得的电阻均较大，则此次测量中所空下的管脚即为基极(？)。(1)基极判断3.3.6晶体管的简易测试3.3晶体管1.先判断基极b和晶体管类型(2)NPN型和PNP型的判别

依据：PN结正向电阻小，反向电阻大。方法:

用黑表笔接基极，红表笔分别接另外两极。

判断：若测得两个电阻都很大，即为PNP型；若测得两个阻值都很小，即为NPN型晶体管(？)。2.发射极和集电极的判别

依据：晶体管处于放大状态时，集射极间电阻小。方法:

用100kΩ电阻作为基极偏流电阻来保证晶体管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接假设发射极，分别测量电阻值。注意测量时不要让c与b碰在一起以免损坏晶体管。

判断：测得电阻小时所假设的集电极和发射极是正确的(？)。正确错误3.3.6晶体管的简易测试3.3晶体管2.发射极和集电极的判别

方法:

用100kΩ电阻作为基极偏流电阻来保证晶体管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接假设发射极，分别测量电阻值。方法2：示意图等效电路判断晶体管C、E的原理图3.3.6晶体管的简易测试3.3晶体管2.发射极和集电极的判别

判断：测得电阻小时所假设的集电极和发射极是正确的(？)。3.3.6晶体管的简易测试3.3晶体管2.晶体管性能的简易检测(1)电流放大倍数的估测用“R×1k”挡。若为NPN管，用黑笔接c，红笔接e，这时指针应不动或摆动不大。如摆动较大，表明该管穿透电流太大。然后用左手食指搭接在b、c极端部(也可用30~100k电阻代替)，这时应向低阻值方向摆动，摆动幅度越大(电阻越小)，则电流放大倍数越大。若为PNP型，则红、黑表笔应对调，即红笔接c极，黑笔接e极。如各脚接触良好，估测电流放大倍数时指针不断右移或摆不定，则说明此管电流放大倍数值不稳定。

方法:

在明确管型后用万用表的晶体管电流放大系数插座直接读取(hfe)。NPebcebc3.3.6晶体管的简易测试3.3晶体管2.晶体管性能的简易检测(1)电流放大倍数的估测3.3.6晶体管的简易测试3.3晶体管2.晶体管性能的简易检测(2)估测穿透电流ICEO用“R×1k”挡。若为NPN管，黑笔应接c，红笔接e（PNP管相反）。对小功率锗管如测出阻值在几十千欧以上或小功率硅管测出阻值在几百千欧以上，则说明管子的ICEO不太大。如测出阻值小，且表针还缓缓向低阻值方向移动，则表明管子ICEO大且管子的稳定性差。如测阻值接近于零，表明管子已经击穿短路。如测阻值为无穷大，表明管子内部已经开路。3.3.6晶体管的简易测试3.3晶体管2.晶体管性能的简易检测(2)估测穿透电流ICEO

有些小功率硅管，由于它们的ICEO很小，测量时阻值很大，表针可能移动不明显。而对于大功率管，由于ICEO比较大，测得的阻值大约只有几十欧。值得注意的是：在测量正反向电阻时，指针式万用表和数字式万用表的两表笔与表内电池的极性连接相反；以上判别适用于应用广泛的低频小功率管，对大功率管进行判别时，指针式万用表可用“R×1k”或“R×10k”。3.3.7达林顿管及其在汽车中的应用3.3晶体管

达林顿管是达林顿晶体管的简称。所谓达林顿管就是连接在一起的两只晶体管，又称复合管。达林顿管放大倍数是两个晶体管放大倍数的乘积。

VT1作为前置放大管产生推动VT2的基极电流，VT2作为末级放大管其输出与控制电路是隔离的，将电流继续放大以驱动负载部件。

在分析电路时可将达林顿管看作是一个大功率晶体管。汽车电子点火系统的控制模块大多采用达林顿管作为控制输出端。3.3.7达林顿管及其在汽车中的应用3.3晶体管

增益高、开关速度快、能简化电路设计，主要用于大功率开关电路、电机调速，也用于驱动继电器以及驱动LED智能显示屏等。3.3晶体管

前照灯延时控制电路

当发动机熄火后，机油压力开关4的触点闭合，驾驶员在离开驾驶室以前，按下仪表板上的前照灯延时按钮1，电源就对C充电。在C充电时，T基极电位逐渐升高，使T导通，延时控制继电器线圈通电触点闭合，接通了前照灯电路。松开前照灯延时开关后，C通过R和T放电，前照灯仍能保持通电照明，一直到C电压下降到T无法导通为止。T截止后，继电器断电触点张开，前照灯熄灭。延时时间取决于C和R的值。3.3.8光敏晶体管及其在汽车中的应用3.3晶体管在原理上类似于晶体管，只是它的集电结为光敏二极管结构。基极电流由光敏二极管提供，所以一般没有基极引线。如在光敏晶体管c和e间加正向电压，则没有光照c、e间几乎没有电流。有光照射时基极产生光电流，同时在c、e间形成集电极电流，大小在几至几百毫安之间。光敏晶体管的输出特性与晶体管基本类似，只是用入射光照度代替基极电流。光敏晶体管制成达林顿管形式时，可以获得较大的输出电流而能直接驱动某些继电器。光敏晶体管的响应速度比光敏二极管慢，灵敏度比较高。在要求响应快，对温度敏感小的场合选用光敏二极管而不用光敏晶体管。3.3.8光敏晶体管及其在汽车中的应用3.3晶体管产生的电流随着光敏晶体管上的光照量而变化。因此，照在光敏晶体管上的光照量和普通晶体管通过基极电流有同样的功能。3.3.8光敏晶体管及其在汽车中的应用3.3晶体管光敏晶体管的基本应用电路。A点电位随着外界光线的照射而发生变化。

光敏晶体管在汽车上主要应用于传感器中。把发光二极管和光敏三极管组合在一起，可实现以光信号