三极管的工作原理Word文档格式.docx
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三、开关作用
下面说说三极管的饱和情况。
像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。
当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。
一般判断三极管是否饱和的准则是：
Ib*β〉Ic。
进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。
这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：
当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；
当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。
如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。
项目二 三极管的特性曲线
一、输入特性曲线
在三极管共射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压Ube维持不同的定值时，Ube和Ib之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线，如上图所示。
由图可以看出这簇曲线，有下面几个特点：
（1）UBE=0的一条曲线与二极管的正向特性相似。
这是因为UCE=0时，集电极与发射极短路，相当于两个二极管并联，这样IB与UCE的关系就成了两个并联二极管的伏安特性。
（2）UCE由零开始逐渐增大时输入特性曲线右移，而且当UCE的数值增至较大时（如UCE＞1V），各曲线几乎重合。
这是因为UCE由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度相应地减小，使存贮于基区的注入载流子的数量减小，复合减小，因而IB减小。
如保持IB为定值，就必须加大UBE，故使曲线右移。
当UCE较大时（如UCE＞1V），集电结所加反向电压，已足能把注入基区的非平衡载流子绝大部分都拉向集电极去，以致UCE再增加，IB也不再明显地减小，这样，就形成了各曲线几乎重合的现象。
（3）和二极管一样，三极管也有一个门限电压Vγ，通常硅管约为0.5～0.6V，锗管约为0.1～0.2V。
二、输出特性曲线
输出特性曲线如上图所示。
测试电路如上图。
由图还可以看出，输出特性曲线可分为三个区域：
（1）截止区：
指IB=0的那条特性曲线以下的区域。
在此区域里，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，三极管失去了放大作用，集电极只有微小的穿透电流IcEO。
（2）饱和区：
指绿色区域。
在此区域内，对应不同IB值的输出特性曲线簇几乎重合在一起。
也就是说，UCE较小时，Ic虽然增加，但Ic增加不大，即IB失去了对Ic的控制能力。
这种情况，称为三极管的饱和。
饱和时，三极管的发射给和集电结都处于正向偏置状态。
三极管集电极与发射极间的电压称为集一射饱和压降，用UCES表示。
UCES很小，通常中小功率硅管UCES＜0.5V；
三极管基极与发射极之间的电压称为基一射饱和压降，以UCES表示，硅管的UCES在0．8V左右。
OA线称为临界饱和线（绿色区域右边缘线），在此曲线上的每一点应有
|UCE|=|UBE|。
它是各特性曲线急剧拐弯点的连线。
在临界饱和状态下的三极管，其集电极电流称为临界集电极电流，以Ics表示；
其基极电流称为临界基极电流，以IBS表示。
这时Ics与IBS的关系仍然成立。
（3）放大区：
在截止区以上，介于饱和区与击穿区之间的区域为放大区。
在此区域内，特性曲线近似于一簇平行等距的水平线，Ic的变化量与IB的变量基本保持线性关系，即ΔIc=βΔIB，且ΔIc>
>
ΔIB，就是说在此区域内，三极管具有电流放大作用。
此外集电极电压对集电极电流的控制作用也很弱，当UCE＞1V后，即使再增加UCE，Ic几乎不再增加，此时，若IB不变，则三极管可以看成是一个恒流源。
在放大区，三极管的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置状态。
项目三 三极管的测量与好坏判断
一、中、小功率三极管的检测
已知型号和管脚排列的三极管，可按下述方法来判断其性能好坏
（a）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。
（b）三极管的穿透电流ICEO的数值近似等于管子的倍数β和集电结的反向电流ICBO的乘积。
ICBO随着环境温度的升高而增长很快，ICBO的增加必然造成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×
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、几十千欧及十几千欧以上，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。
（c）测量放大能力（β）。
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。
二、检测判别电极
（a） 判定基极。
用万用表R×
1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。
当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。
这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。
黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为PNP型管；
如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管。
（b）判定集电极c和发射极e。
（以PNP为例）将万用表置于R×
1k挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。
在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；
在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。
（C）判别高频管与低频管高频管的截止频率大于3MHz，而低频管的截止频率则小于3MHz，一般情况下，二者是不能互换的。
（D）在路电压检测判断法在实际应用中、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。
三、大功率晶体三极管的检测
利用万用表检测中、小功率三极管的极性、管型及性能的各种方法，对检测大功率三极管来说基本上适用。
但是，由于大功率三极管的工作电流比较大，因而其PN结的面积也较大。
PN结较大，其反向饱和电流也必然增大。
所以，若像测量中、小功率三极管极间电阻那样，使用万用表的R×
1k挡测量，必然测得的电阻值很小，好像极间短路一样，所以通常使用R×
10或R×
1挡检测大功率三极管。
四、普通达林顿管的检测（右图）
用万用表对普通达林顿管的检测包括识别电极、区分PNP和NPN类型、估测放大能力等项内容。
因为达林顿管的E－B极之间包含多个发射结，所以应该使用万用表能提供较高电压的R×
10k挡进行测量。
五、大功率达林顿管的检测
检测大功率达林顿管的方法与检测普通达林顿管基本相同。
但由于大功率达林顿管内部设置了V3、R1、R2等保护和泄放漏电流元件，所以在检测量应将这些元件对测量数据的影响加以区分，以免造成误判。
具体可按下述几个步骤进行：
A用万用表R×
10k挡测量B、C之间PN结电阻值，应明显测出具有单向导电性能。
正、反向电阻值应有较大差异。
B在大功率达林顿管B－E之间有两个PN结，并且接有电阻R1和R2。
用万用表电阻挡检测时，当正向测量时，测到的阻值是B－E结正向电阻与R1、R2阻值并联的结果；
当反向测量时，发射结截止，测出的则是（R1＋R2）电阻之和，大约为几百欧，且阻值固定，不随电阻挡位的变换而改变。
但需要注意的是，有些大功率达林顿管在R1、R2、上还并有二极管，此时所测得的则不是（R1＋R2）之和，而是（R1＋R2）与两只二极管正向电阻之和的并联电阻值。
六、带阻尼行输出三极管的检测
1挡，通过单独测量带阻尼行输出三极管各电极之间的电阻值，即可判断其是否正常。
具体测试原理，方法及步骤如下：
A将红表笔接E，黑表笔接B，此时相当于测量大功率管B－E结的等效二极管与保护电阻R并联后的阻值，由于等效二极管的正向电阻较小，而保护电阻R的阻值一般也仅有20～50，所以，二者并联后的阻值也较小；
反之，将表笔对调，即红表笔接B，黑表笔接E，则测得的是大功率管B－E结等效二极管的反向电阻值与保护电阻R的并联阻值，由于等效二极管反向电阻值较大，所以，此时测得的阻值即是保护电阻R的值，此值仍然较小。
B将红表笔接C，黑表笔接B，此时相当于测量管内大功率管B－C结等效二极管的正向电阻，一般测得的阻值也较小；
将红、黑表笔对调，即将红表笔接B，黑表笔接C，则相当于测量管内大功率管B－C结等效二极管的反向电阻，测得的阻值通常为无穷大。
C将红表笔接E，黑表笔接C，相当于测量管内阻尼二极管的反向电阻，测得的阻值一般都较大，约300～∞；
将红、黑表笔对调，即红表笔接C，黑表笔接E，则相当于测量管内阻尼二极管的正向电阻，测得的阻值一般都较小，约几欧至几十欧。
项目四 三极管的分类
a.按材质分:
硅管、锗管
b.按结构分:
NPN、PNP。
c.按功能分:
开关管、功率管、达林顿管、光敏管等.
d.按功率分：
小功率管、中功率管、大功率管
e.按工作频率分：
低频管、高频管、超频管
f.按结构工艺分：
合金管、平面管
g.按安装方式:
插件三极管、贴片三极管
一、选用三极管的主要参数
特征频率fT:
当f=fT时,三极管完全失去电流放大功能.如果工作频率大于fT,电路将不正常工作.
工作电压/电流Ｕce/Ｉc:
用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围.
Hfe:
电流放大倍数.
Vceo：
集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压.
Pcm：
最大允许耗散功率.
封装形式:
指定该管的外观形状,如果其它参数都符合要求，但封装不同将导致组件无法在电路板上实现.
二、判断基极和三极管的类型
１、脚位判断:
三极管的脚位判断，三极管的脚位有两种封装排列形式，三极管是一种结型电阻器件，它的三个引脚都有明显的电阻数据，测试时（以数字万用表为例，红笔+，黒笔-）我们将测试档位切换至二极管档（蜂鸣档），正常的NPN结构三极管的基极（B）对集电极（C）、发射极（E）的正向电阻是430Ω-680Ω（根据型号的不同，放大倍数的差异，这个值有所不同）反向电阻无穷大；
正常的PNP结构的三极管的基极（B）对集电极（C）、发射极（E）的反向电阻是430Ω-680Ω，正向电阻无穷大。
集电极C对发射极E在不加偏流的情况下，电阻为无穷大。
基极对集电极的测试电阻约等于基极对发射极的测试电阻，通常情况下，基极对集电极的测试电阻要比基极对发射极的测试电阻小5-100Ω左右（大功率管比较明显），如果超出这个值，这个元件的性能已经变坏，请不要再使用。
如果误使用于电路中可能会导致整个或部分电路的工作点变坏，这个元件也可能不久就会损坏，大功率电路和高频电路对这种劣质元件反应比较明显。
尽管封装结构不同，但与同参数的其它型号的管子功能和性能是一样的，不同的封装结构只是应用于电路设计中特定的使用场合的需要。
要注意有些厂家生产一些不规范元件，例如C945正常的脚位是BCE，但有的厂家出的此元件脚位排列却是EBC，这会造成那些粗心的工作人员将新元件在未检测的情况下装入电路，导致电路不能工作，严重时烧毁相关联的元器件，比如电视机上用的开关电源。
在我们常用的万用表中，测试三极管的脚位排列图：
先假设三极管的某极为“基极”,将黑表笔接在假设基极上,再将红表笔依次接到其余两个电极上,若两次测得的电阻都大（约几K到几十K）,或者都小（几百至几K）,对换表笔重复上述测量,若测得两个阻值相反（都很小或都很大）,则可确定假设的基极是正确的,否则另假设一极为“基极”,重复上述测试,以确定基极.当基极确定后,将黑表笔接基极,红表笔笔接其它两极若测得电阻值都很少,则该三极管为PNP,反之为NPN。
２、判断集电极C和发射极E,以NPN为例:
把黑表笔接至假设的集电极C,红表笔接到假设的发射极E,并用手捏住B和C极,读出表头所示C,E电阻值,然后将红,黑表笔反接重测.若第一次电阻比第二次小,说明原假设成立.
３、三极管的结构和类型
晶体三极管，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。
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。
发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。
基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"
发射"
的是空穴，其移动方向与电流方向一致，
故发射极箭头向里；
NPN型三极管发射区"
的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。
发射极箭头向外。
发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。
硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
三极管的封装形式和管脚识别常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定的规律，底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点上，从左向右依次为ebc；
对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为ebc。
国内各种类型的晶体三极管有许多种，管脚的排列不尽相同，在使用中不确定管脚排列的三极管，必须进行测量确定各管脚正确的位置，或查找晶体管使用手册，明确三极管的特性及相应的技术参数和资料。
电流放大:
晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。
这是三极管最基本的和最重要的特性。
我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。
电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。
工作状态:
截止状态：
当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。
放大状态：
当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。
饱和导通状态：
当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。
三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。
根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。
多用电表检测三极管基极的判别：
根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是三极管中两个PN结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个PN结的公共极，即为三极管的基极。
具体方法是将多用电表调至电阻挡的R×
1k挡，先用红表笔放在三极管的一只脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只脚，如果两次全通，则红表笔所放的脚就是三极管的基极。
如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个脚，再测两次；
如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。
如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。
这样最多没量12次，总可以找到基极。
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。
当用多用电表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。
４、三极管的基本放大电路
基本放大电路是放大电路中最基本的结构，是构成复杂放大电路的基本单元。
它利用半导体三极管输入电流控制输出电流的特性，或场效应半导体三极管输入电压控制输出电流的特性，实现信号的放大。
本章基本放大电路的知识是进一步学习电子技术的重要基础。
基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。
从
电路的角度来看，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。
放大的作用体现在如下两方面：
1．放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。
2．输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。
共射组态基本放大电路的组成共射组态基本放大电路是输入信号加在加在基极和发射极之间，耦合电容器C1和Ce视为对交流信号短路。
输出信号从集电极对地取出，经耦合电容器C2隔除直流量，仅将交流信号加到负载电阻RL之上。
放大电路的共射组态实际上是指放大电路中的三极管是共射组态。
在输入信号为零时，直流电源通过各偏置电阻为三极管提供直流的基极电流和直流集电极电流，并在三极管的三个极间形成一定的直流电压。
由于耦合电容的隔直流作用，直流电压无法到达放大电路的输入端和输出端。
当输入交流信号通过耦合电容C1和Ce加在三极管的发射结上时，发射结上的电压变成交、直流的叠加。
放大电路中信号的情况比较复杂，各信号的符号规定如下：
由于三极管的电流放大作用，ic要比ib大几十倍，一般来说，只要电路参数设置合适，输出电压可以比输入电压高许多倍。
uCE中的交流量有一部分经过耦合电容到达负载电阻，形成输出电压。
完成电路的放大作用。
由此可见，放大电路中三极管集电极的直流信号不随输入信号而改变，而交流信号随输入信号发生变化。
在放大过程中，集电极交流信号是叠加在直流信号上的，经过耦合电容，从输出端提取的只是交流信号。
因此，在分析放大电路时，可以采用将交、直流信号分开的办法，可以分成直流通路和交流通路来分析。
放大电路的组成原则：
1．保证放大电路的核心器件三极管工作在放大状态，即有合适的偏置。
也就是说发射结正偏，集电结反偏。
2．输入回路的设置应当使输入信号耦合到三极管的输入电极，形成变化的基极电流，从而产生三极管的电流控制关系，变成集电极电流的变化。
3．输出回路的设置应该保证将三极管放大以后的电流信号转变成负载需要的电量形式（输出电压或输出电流）。
三极管的符号中间横线是基极B，另一斜线是集电极C，带箭头的是发射极E。
项目五 三极管的命名
国产半导体器型号的命名方法（摘自国家标准GB249_74）型号组成
第一部分用阿拉伯数字表示器件电极数
第二部分用字母表示器件的材料和极性
第三部分用汉语拼音字母表示器件类型
第四部分用数字表示器件序号
第五部分用汉语拼音字母表示规格符号及意义
如下表所示：
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
用字母表示器件材料和极性
汉语拼音字母
意义（作用）
用数字表示器件序号
用汉语拼音字母表示规格
2二极管
AN型锗材料
P
普通管
BP型锗材料
V
微波管
C N型硅材料
W
稳压管
DP型硅材料
C
参量管
3三极管
APNP锗材料
Z
整流管
BNPN锗材料
L
C PNP硅材料
S
隧道管
DNPN硅材料
N
阻尼管
U
光电器件
K
开关器件
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
T
半导体闸流管
Y
体效应器件
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