福建中职学校—电子技术基础与技能—三极管基本知识（认识）1

概念、符号、原理 第2章三极管基本知识 01 发展历史 发展历史 1947年12月23日 美国新泽西州墨累山的贝尔实验室 巴丁博士 布莱顿博士 肖克莱博士 在导体电路中正在进行用半导体晶体把声音信号放大的实验 他们发明的器件中通过的一部分微量电流，竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流，因而产生了放大效应 晶体管 献给世界的圣诞节礼物 1956年诺贝尔物理学奖 发展历史 晶体管的到来促进了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时并普遍地在通讯方面得到应用，从而产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，导致集成电路以及大规模集成电路应运而生，因此制造这种，如高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。 02 三极管？ 三极管基础知识 三极管，全称为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。 三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。 三极管的外形 三极管在电路中的应用 1.放大电路 放大电路可以将一个较小的信号放大到更大的幅度。三极管可以将一个小电流放大到一个较大的电流，从而实现放大电路的功能。三极管放大电路中的基极电流和集电极电流之间的比例称为放大倍数。 2.开关电路 开关电路可以控制电路的开关状态。当一个电压被加到基极时，它控制电流流经发射极和集电极之间的结。这个过程将导致集电极中的电流被切断，从而实现开关电路的功能。 β=Ic/Ib 三极管在电路中的应用 3.振荡电路 三极管可以用于制作振荡电路，可以产生一个周期性的信号，从而实现振荡电路的功能。 4.电源电路 三极管可以用于制作电源电路，将交流电转换为直流电，从而实现电源电路的功能。 三极管的结构与符号 三极管有三个电极，分别从三极管内部引出，三极管的核心是两个互相联系的PN结，它是根据不同的掺杂工艺在一个硅片上制造出三个掺杂区域而形成。 在三个掺杂区域中，位于中间的区域称为基区，引出基极，两边的区域称为发射区和集电区，分别引出发射极和集电极；基区和发射区的PN结称为发射结，基区和集电区的PN结成为集电结。 三极管的结构与符号 按两个PN结组合方式不同，三极管可分为PNP型、NPN型两类。如果两边是N区，中间夹着P区，就称为NPN型三极管；反之，则称为PNP型三极管。如图所示。 三极管分类 ⑴ 按结构分：NPN型和PNP型； ⑵ 按半导体材料分：硅晶体管和锗晶体管； ⑶ 按用途分：放大管、开关管、功率管等； ⑷ 按工作频率分：低频管、高频管、超频管； ⑸ 按功率大小分：小功率管、中功率管、大功率管； 三极管的工作状态（以NPN为例） 1.放大状态（具有电流放大） 当三极管发射极正向偏置（P到N），集电极反向偏置（N到P)时，三极管就进入放大状态。此时放大状态的电流流向，就是C到E！ IE=IB+IC IE≈IC 三极管的工作状态 2.饱和状态 当三极管发射极正向偏置（P到N），集电极正向偏置（P到N）时，三极管就进入饱和状态。简言之，水阀阀门已经开到最大了，基极电流太大超过集电极电流。 三极管的工作状态 3.截止状态 当三极管发射极反向偏置（N到P)，集电极反向偏置（N到P)时，三极管就进入截止状态。 实战演练 1.三极管具有电流放大作用的外部条件是 。 2.测得三极管的电流方向、大小如图所示，则可判断三个电极为 。 发射极正偏，集电极反偏 实战演练 3.三极管放大作用时，三个极的电流分配关系是 。 4.三极管具有电流放大作用的实质是利用 电流实现对 电流的控制。 5.三极管的输出特性曲线共分为死区、放大区、饱和区、截止区四个区。（ ） 6.三极管工作在放大区时既具有放大作用，也具有开关作用。（ ） IE=IB+IC 小 大 × × 实战演练 7.三极管内部含有两个PN结，在使用时可以用两个二极管来代替一个三极管。（ ） 8.三极管的电流放大作用的实质是用集电极电流的微小变化控制了基极电流较大的变化。（ ） 9.三极管具有电流放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置。（ ） × × × 实战演练 10.某NPN硅管在电路中测得各电极对地电位分别为，VC=12V,VB=4V,VE=0V，由此可判别三极管处于放大状态。（ ） 11.三极管按照结构的不同分为PNP型和NPN型两大类。（ ） × √ 03 三极管电极、管型的判断 三极管放大的外部条件 从电位的角度看:NPN 发射结正偏 VB>VE 集电结反偏 VC>VB （发射结正偏、集电结反偏） 2.从电位的角度看:PNP 发射结正偏 VB<VE 集电结反偏 VC<VB ∴ VC>VB>VE ∴ VC<VB<VE UBE=0.7V（或0.3V） 实战演练1 例：已测得晶体管各极对地电压值为U1、U2、U3，且已知其工作在放大区，试判断其硅管或锗管？NPN型或PNP型？并确定其E、B、C三极。 ⑴U1=5.2V，U2=5.4V，U3=1.4V； ⑵ U1= -2V，U2= -4.5V，U3= -5.2V。 解：⑴ PNP型锗管，U1 、U2 、U3引脚分别对应B、E、C极； ⑵ NPN型硅管，U1 、U2 、U3引脚分别对应C、B、E极。 ① 确定硅管或锗管，确定集电极C。 ② 确定NPN型或PNP型。 ③ 区分B极和E极。 分析此类题目的步骤是： 实战演练2 例:图中所示电路中的三极管为硅管，试判断其工作状态? 实战演练2 (a)图中发射极箭头向外，为NPN型三极管 UBE=VB-VE = 0.7-0 = 0.7V， 发射结正偏; UBC=VB-VC = 0.7-3 = -2.3 V， 集电结反偏 因此三极管工作在放大状态。 实战演练2 (b)图中发射极箭头向外，为NPN型三极管 UBE=VB-VE = 2-3 =-1V，发射结反偏; UBC=VB-VC= 2-5 =-3V，集电结反偏 因此三极管工作在截止状态。 实战演练2 (c)图中发射极箭头向外，为NPN型三极管 UBE=VB-VE = 3-2.3 = 0.7V，发射结正偏; UBC=VB-VC = 3-2.6 = 0.4V，集电结正偏 因此三极管工作在饱和状态。 实战演练2 (d)图中发射极箭头向里，为PNP型三极管 UBE=VB-VE = -2.7-(-2) = -0.7V，发射结正偏; UBC=VB-VC = -2.7-(-5) = 2.3V，集电结反偏。 因此三极管工作在放大状态 实战演练3 例:放大电路中某三极管三个管脚电位分别为3.5V、2.8V、12V ,试判别此管的三个电极，并说明它是NPN管还是PNP管,是硅管还是锗管? 实战演练3 解: (1) 根据三极管能正常实现电流放大的电位关系: NPN型管VE> VB >VC PNP型管VE<VB <VC VB值必介于Vc和VE之间,故3.5V对应的管脚①为基极，VB=3.5V。 实战演练3 解: (2) 根据三极管能正常实现电流放大的电位关系: NPN型硅管放大时，UBE=0.7V; 锗管UBE=0.3V PNP型硅管放大时，UBE=0.7V; 锗管UBE=0.3V 所以先找电位差绝对值为0.7V或0.3V的两个电极。 本例中①比②高0.7V,所以此管为NPN型硅管，管脚②为发射极。管脚③为集电极。 实战演练4 例:测得放大电路中三极管三个管脚电流如图所示,试判别此管的三个电极，并说明它是NPN管还是PNP管,电流放大系数为多少? 实战演练4 解: (1）放大电路中三极管三个管脚电流关系为Ie =Ib+Ic，Ic≥Ib； （2）图中③脚电流为其他两脚电流之和，所以③脚为发射极e,且②脚电流远大于①脚，所以②脚为集电极C,①脚为基极b，③脚为发射极e且电流向朝里，此管为PNP型三极管。 04 三极管主要参数 三极管主要参数 1、电流放大系数（也叫电流放大倍数） 分直流和交流放大系数 直流也叫做静态电流放大系数，是在静态（无变化信号输入）时，晶体管集电极电流IC与基极电流IB的比值，一般用HFE或β表示； 交流也叫动态电流放大系数，指在交流状态下的HFE或β。 β=Ic/Ib β=△Ic/△Ib IBS：基极饱和导通电流；放大状态时，IB<IBS 三极管主要参数 2、集电极最大允许耗散功率PCM 晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。晶体管使用时，其实际耗散功率不允许超过PCM值（ICUCE≤PCE），否则会造成晶体管因过载而损坏。 PCM<1W的叫小功率晶体管，1W<PCM<5W的叫中功率晶体管，PCM>5W的是大功率晶体管。 三极管主要参数 3、频率特性 晶体管的放大系数和工作频率有关，如果超过了工作频率，则会出现放大能力减弱甚至失去放大作用。随着工作频率的升高，放大倍数会下降。 f≤3MHZ是低频管，3MHZ<f<30MHZ是中频管，f≥30MHZ是高频管，。 4、集电极最大电流ICEM 晶体管集电极所允许通过的最大电流，当晶体管的集电极电流IC超过ICEM时，晶体管的β值等参数将发生明显变化，影响其正常工作，甚至损坏。 实际使用时，必须使IC<ICEM，否则β将明显下降。 三极管主要参数 5、最大反向电压 晶体管在工作时允许施加的最高工作电压，它包括 集电极-发射极反向击穿电压,指晶体管基极开路时，集电极与发射极之间的最大允许反向电压，是集电极与发射极反向击穿电压，表示临界饱和时的饱和电压，用VCEO表示。 集电极-基极反向击穿电压，是发射极开路时，集电极与基极之间的最大允许反向电压，用VCBO表示。 发射极-基极反向击穿电压，指晶体管的集电极开路时，发射极与基极之间的最大允许反向电压，用VEBO表示。 集电极-发射极反向击穿电压、 集电极-基极反向击穿电压、 发射极-基极反向击穿电压。 三极管主要参数 6、反向电流 它包括 ICBO也叫集电结反向漏电流，是当晶体管的发射极开路时，集电极与基极之间的反向电流，ICBO对温度较敏感，该值越小，说明晶体管的温度特性越好。（IE=0，IC=-IB） ICEO也叫穿透电流，是当晶体管的基极开路时，其集电极与发射极之间的反向漏电电流。此值越小，说明晶体管的性能越好。 IB=0，IC=IE≠0 ICEO=(1+β)ICBO 集电极-基极之间的反向电流ICBO、 集电极-发射极之间的反向击穿电流ICEO。 05 万用表测量三极管 三极管基极和类型的判断 万用表置于R×100或1k挡。用万用表的第一根表笔依次接三极管的一个引脚，而第二根表笔分别接另两根引脚，以测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。 当第一根表笔接某电极，而第二根表笔先后接触另外两个电极均测得较小电阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。如果接基极b的第一根表笔是红表笔，则可判定三极管为PNP型；如果是黑表笔接基极b，则可判定三极管为NPN型。测量方法如图所示。 三极管引脚的判断和β值估测 选择能测hFE的万用表。将万用表置于R×100或1k挡，根据被测三极管的管型，将三极管的基极引脚b插入NPN或PNP对应的插孔，另两个引脚分别插入NPN或PNP的其他插孔，以测量三极管的hFE（β）； 然后再将三极管倒过来（基极b位置不变）再测一遍，两次测量结果明显不同； 测得hFE（β）值比较大的一次时，三极管的三个引脚极性恰好分别对应NPN或PNP插孔上的e、b、c。这时测得的hFE值，即为该三极管的直流电流系数的估测值。测量方法如图所示。 判断引脚的测量方法 答疑时间到 本节内容结束！ $$