高中电子控制技术-三极管

三极管三极管又称半导体三极管、晶体三极管、晶体管，或双极型晶体管（BJT，BipolarJunctionTransistor）。它是通过一定的制作工艺，将两个PN结结合在一起的器件，两个PN结相互作用，使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件。三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。常用的三极管有PNP型和NPN型两种结构。(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe发射极，b基极，c集电极。集电区基区发射区集电区发射区基区三极管的内部构造三极管的结构示意图和符号三极管的符号常见的三极管外形有外引线型和贴片型如图所示。三极管的外形三极管实物的外型三极管的外形第一部分数字字母字母(汉拼)数字字母(汉拼)电极数材料和极性器件类型序号规格号2—二极管3—三极管第二部分第三部分A—锗材料N型B—锗材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—锗材料PNPB—锗材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPNP—普通管W—稳压管K—开关管Z—整流管U—光电管X—低频小功率管G—高频小功率管D—低频大功率管A—高频大功率管第四部分第五部分例：3AX313DG12B3DD6PNP低频小功率锗三极管NPN高频小功率硅三极管NPN低频大功率硅三极管3CG3AD3DKPNP高频小功率硅三极管PNP低频大功率锗三极管NPN硅开关三极管三极管的命名方式基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极内部结构集电区：面积最大三极管的主要特性是电流的放大。但并不是两个二极管接在一起就能实现放大的，它是在一定的内部结构和外部条件的控制下，通过载流子传输体现出来的三极管的放大特性BECNNPVBERBVCEIE进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结，形成电流ICE。RCIBE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。ICE三极管的放大特性•外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB从电位的角度看：NPN发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB集电结反偏发射结正偏三极管的放大特性一组三极管电流关系典型数据IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.961.任何一列电流关系符合IE=IB+IC，IBICIE,ICIE。2.当IB有微小变化时，IC较大。说明三极管具有电流放大作用。3.在表的第一列数据中，IE=0时，IC=0.001mA=ICBO，ICBO称为反向饱和电流。4.在表的第二列数据中，IB=0时，IC=0.01mA=ICEO，称为穿透电流。三极管的放大特性三极管的电流分配及放大关系式为：IE=IB+ICIC=βIB为电流放大倍数，其范围约为：20~200。BCEBCEIBICIEIBICIENPNPNPIE=(1+β)IB三极管的放大特性三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线，它反映出三极管的特性。它可以用专用的图示仪进行显示，也可通过实验测量得到。以NPN型硅三极管为例，其常用的特性曲线有两种：输入特性曲线IB=f(UBE)和输出特性曲线IC=f(UCE)。三极管的特性曲线ICmAAVVUCEUBERBIBUSCUSB实验线路(共发射极接法)CBERC三极管的特性曲线（1）输入特性曲线IB=f(UBE)它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。实验测得三极管的输入特性曲线如下图所示。三极管的输入特性曲线(b)当uCE≥1V时，uCB=uCE-uBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的uBE下IB减小，特性曲线右移。(a)当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。uCE1ViB(A)uBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.8V,锗管UBE0.2~0.3V。uCE=0VuCE=0.5V死区电压:硅管0.5-0.7V，锗管0.1-0.3V。（2）输出特性曲线IC=f(UCE)它是指一定基极电流IB下，三极管的集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线。实验测得三极管的输出特性曲线如下图所示。三极管的输出特性曲线输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB,且IC=IB。此区域称为线性放大区。此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE死区电压,，称为截止区。输出特性三个区域的特点:(1)放大区发射结正偏，集电结反偏，IC=IB。对NPN型的三极管，有电位关系：UCUBUE；有发射结电压UBE≈0.7V；对NPN型锗三极管，有UBE≈0.2V。三极管的工作状态(2)饱和区发射结正偏，集电结正偏，即UB-UE0,UB-UC0，IBIC；UCE的值很小，称此时的电压UCE为三极管的饱和压降，用UCES表示。一般硅三极管的UCES约为0.3V，锗三极管的UCES约为0.1V；UBE开启电压三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。三极管的三极管的工作状态(3)截止区UBE开启电压，IB=0，IC=ICEO0，三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。三极管的工作状态截止状态就是三极管的集电极和发射极之间电阻很大,就好像断开一样,几乎没有电流通过。饱和状态刚好相反,集电极和发射极之间就好像短路一样,IC不受IB的控制。两者是完全相反的关系,断开基极的电流或者减小到足够小时,三极管就进入截止状态,相反,向基极提供足够大的电流时,三极管就进入饱和状态。三极管的工作状态三极管工作状态的判断（1）PN结偏置判断法：状态PN结偏置截止放大饱和发射结集电结正偏反偏零偏或反偏反偏正偏零偏或正偏三极管的工作状态（2）电流判断法：状态电流截止放大饱和IBICIE000μAβIB（1+β）IB0βIB（1+β）IB三极管的工作状态三极管的工作状态0.7V4V00.7V0.3V004V0判断以下三极管的工作状态。放大饱和截止三极管的工作状态发射结反向偏置,集电结反向偏置,三极管工作在截止区,可调换EB极性。发射结反向偏置,三极管工作在截止区,可调换EC极性,或将VT更换为PNP型。两PN结均正偏三极管工作在饱和区。判断图示各电路中三极管的工作状态。0.7VVT0.3VRbRcECEBVTRbRcECVT三极管的工作状态三极管的管脚三极管的管脚排布未统一，需要借助万用表进行检测。指针式万用表测试三极管管脚当三极管上标记不清楚时,可以用万用表来初步确定三极管的好坏及类型(NPN型还是PNP型),并辨别出e、b、c三个电极。指针式万用表测试管脚方法如下:①用指针式万用表判断基极b和三极管的类型:将万用表欧姆挡置R×100或R×lk处,先假设三极管的某极为基极,并把黑表笔接在假设的基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很小(或约为几百欧至几千欧),则假设的基极是正确的,且被测三极管为NPN型管；同上,如果两次测得的电阻值都很大(约为几千欧至几十千欧),则假设的基极是正确的,且被测三极管为PNP型管。如果两次测得的电阻值是一大一小,则原来假设的基极是错误的,这时必须重新假设另一电极为基极，再重复上述测试。指针式万用表测试三极管管脚②判断集电极c和发射极e:仍将指针式万用表欧姆挡置“R×100”或“R×1k”处,以NPN管为例,把黑表笔接在假设的集电极c上,红表笔接到假设的发射极e上,并用手捏住b和c极(不能使b、c直接接触),通过人体,相当b、c之间接入偏置电阻,读出表头所示的阻值,然后将两表笔反接重测。若第一次测得的阻值比第二次小,说明原假设成立,因为c、e间电阻值小说明通过万用表的电流大,偏置正常。指针式万用表测试三极管的β值1.先转动开关至晶体管调节ADJ位置上，将红黑测试棒短接，调节欧姆电位器，使指针对准300hFE刻度线上。指针式万用表测试三极管的β值2.然后转动开关到hFE位置，将要测的晶体管脚分别插入晶体管测试座的ebc管座内，指针偏转所示数值约为晶体管的直流放大倍数值。N型晶体管应插入N型管孔内，P型晶体管应插入P型管孔内。数字万用表测试三极管管脚基极判定：表笔插位同上；其原理同二极管。先假定A脚为基极，用黑表笔与该脚相接，红表笔与其他两脚分别接触其他两脚；若两次读数均为0.7V左右，然后再用红笔接A脚，黑笔接触其他两脚，若均显示“1”，则A脚为基极，否则需要重新测量，且此管为PNP管。集电极和发射极判定：我们可以利用“hFE”档来判断：先将档位打到“hFE”档，可以看到档位旁有一排小插孔，分为PNP和NPN管的测量。前面已经判断出管型，将基极插入对应管型“b”孔，其余两脚分别插入“c”,“e”孔，此时可以读取数值，即β值；再固定基极，其余两脚对调；比较两次读数，读数较大的管脚位置与“c”，“e”相对应。