晶体三极管的应用.docx

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1、晶体三极管的应用第二章晶体三极管及其应用教学重点1. 掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本 连接方式和电流分配关系。2. 熟练掌握晶体三极管的放大作用；共发 射极电路的输入、输出特性曲线；主要 参数及温度对参数的影响。教学难点1. 晶体三极管的放大作用2. 输入、输出特性曲线及主要参数第一节晶体三极管一、晶体三极管的结构、分类和符号（一）、三极管的基本结构1. 三极管的外形：如图2-1所示。三极管 通常有三个电极，功率大小不同的三极管体积和 封装形式各不相同，近年来生产的小、中功率管 多采用硅酮塑料封装，大功率三极管采用金属封 装，通常做成扁平形状并有螺钉安装孔，有的大 功率管干脆制成螺栓形状

2、，这样能够使三极管的外壳和散热器连成一体，便于散热。牧戈区拜区罗电区 发气区呷乂号电区 发 射L P发射结基柢集电结发射结基械集屯结图2-1三极管外形图2-2三极管的结构图2 .三极管的结构：三极管的核心是两个 PN结，按照两个PN结的组合方式不同，可分 为PNP型管和NPN型两类，如图2-2所示。3. 晶体三极管有三个区 发射区、基区、 集电区；发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最 少；集电区比发射区体积大且掺杂少。两个PN 结发射区和基区之间的PN结称为发射结（BE结）、集电区和基区之间的PN结称为集电 结（BC结）；三个电极 发射极e（E）、基极 b（B ）和集电极c（C）；（二）、晶体

3、三极管的符号 晶体三极管的符号如图2-3所示。箭头:表示发射结加正向 电压时的电流方向。3）、PN 型 （h）p、p 型图2-3三极管符号文字符号：V（三）、晶体三极管的分类1. 三极管有多种分类方法。按内部结构分：有NPN型和PNP型管； 按工作频率分：有低频和高频管； 按功率分：有小功率和大功率管； 按用途分：有普通管和开关管； 按半导体材料分：有错管和硅管等等。2. 国产三极管命名法：例如：3DG表示高频 小功率NPN型硅三极管；3CG表示高频小功率 PNP型硅三极管；3AK表示PNP型开关错三极 管等。二、三极管的基本连接方式输出端输入端口输出端如图2-4所示，晶体三极管有三种基本连接

4、方cee“输出蒲输入端e式：共发射极接法共基梭瞰集电极接鬻最常用 的是共发射极接法。第二节晶体三极管的电流放大和分配作用一、晶体三极管的电流放大作用（一）三极管的工作电压三极管能够正常放大信号的工作条件是：发 射结加正向偏压，集电结加反向偏压。如图2-5 所示。V为三极管，GC为集电极电源、GB称偏 置电源，Rb为基极电阻，Rc为集电极电阻。图2-6三极管三个电流的测量（二）三极管的电流放大作用IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.010.561.141.742.332.91测量电路如僧2漆7所、16示：调节T电&*器 2*96, %表2-1三极管电流放大作用测量数

5、据发射极电流/、基极电流,和集电极电测得流/的对应数据如表2-1所示。 C由表2-1，笑=地A =58M 0.01mA B结论：1. 当基极电流IB的微小变化，就能引起集 电极电流IC的较大变化，这种现象称为三极管 的电流放大作用。2. 晶体三极管是一种利用输入电流控制输出 电流的电流控制型器件。其特点是管内有两种载 流子参与导电。3. 电流放大系数交流电流放大系数p表示三极管放大交流电流的能力B直流电流放大系数 表示三极管放大直流电流的能力-=L1B4. 通常，八。，所以/项可表示为C B二、三极管的电流分配关系由表2-1得出，三极管中电流分配关系如下:因IB很小，则Ice说明：1时，7 E

6、 = 0I =一 I = I。图2-7 I漏和Iceo示意图I称为集电极基极反CBO向饱和电流，见图2-7(a) o 一般 I很小，与温CBO度有关。2.时， 。 1B = 01C = 1E = 1 CEOI称为集电极发射极反CEO、,向电流，又叫穿透电流，见图2-7 （b）。I越小，三极管温度稳定性CEOIII越好。硅管的温度稳定性比错管好。三、三极管的输入和输出特性（一）共发射极输入特性曲线输入特性曲线：集射极之间的电压Mce 一定CE图2-8共发射极输入特性曲线402010时，发射结电压V与基极 BE电流IB之间的关系曲线，如图2-8所示。由图可见：1. 当V 2V时，特性CE曲线基本重

7、合。/mA图2-9三极管的输出特性曲线2. 当VBE很小时，IB等于零，三极管处于截 止状态；3. 当VBE大于门槛电压（硅管约0.5 V，错管 约0.2 V）时，4逐渐增大，三极管开始导通。=iB4. 三极管导通后，V 基本不变。硅管约为 BE0.7 V，错管约为0.3 Vo5. VBE与IB成非线性关系。（二）晶体三极管的输出特性曲线输出特性曲线：基极电流,一定时，集、射极B之间的电压 与集电极电流 的关系曲线，如图 VCE1 c2-9所示。由图可见：输出特性曲线可分为三个工作区。1. 截止区条件：发射结反偏或两端电压为零。特点：i = 0, i = i。BC CEO2. 饱和区条件：发射

8、结和集电结均为正偏。特点： ，称为饱和管压降，小功率硅管约V = V V CE CES CES0.3 V,错管约为0.1 V。3. 放大区 条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：/受/控制，即位宙。在放大状态，当IB CBC p B一定时，IC不随vce变化，三极管的这种特性称 为恒流特性。四、三极管主要参数三极管的参数是表征管子的性能和适用范围 的参考数据。（一）、共发射极电流放大系数1. 直流放大系数-O2. 交流放大系数p O电流放大系数一般在10 100之间。太小，放 大能力弱，太大易使管子性能不稳定。一般选 30 80为比较合适。（二）、极间反向饱和电流1. 集电极基极反向饱和电流IC

9、Bo。2. 集电极发射极反向饱和电流ICEOo1 CEO = （1 +P ）1CBO=1反向饱和电流随温度增加而增加，是管子工作 状态不稳定的主要因素。因此，常把它作为判断 管子性能的重要依据。硅管反向饱和电流远小于 错管，在温度变化范围大的工作环境应选用硅 管。（三）、极限参数1 .集电极最大允许电流ICM三极管工作时，当集电极电流超过ICM时，管子 性能将显著下降，并有可能烧坏管子。2. 集电极最大允许耗散功率PCM当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过 此值时，管子性能变坏或烧毁。3. 集电极一发射极间反向击穿电压V(BR)CEO 管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允 许电压。当

10、电压越过此值时，管 子将发生电压击穿，若电击穿导 致热击穿会损坏管子。II I + + V； PD五、电压放大原理(一)电路形式图2-10共发射极基本放大如图2-10所示为晶体三极 管共发射极基本放大电路，放大电路中，输入交 流信号v.通电容C的耦合送到三极管的基极和 发射极。电源VCC通过偏置电阻Rb提供Vbeq， 基-射极间电压为交流信号v.与直流电压VBEQ的 叠加。基极电流L产生相应的变化。画电路图时，B往往省略电源的图形符号，而用其电位的极性及 数值来表示，图中+VCC表示该点接电池或直流 电源的正极，而电源的负极就接在电位为零的公 共端“上”上。(二) 元件作用(d)集电极电流(a

11、)输入电压1. V：晶体三极 管，起电源放大 使用。2. +VCC ：直流 供电电源，为电 路提供工作电压 和电流。3. Rb:基极偏 置电阻，电源电 压通过Rb向基极提供合适的偏置电流IB。4. C：输入耦合电容，耦合输入交流信号 近，并起隔离直流电的作用。5. C2：输出耦合电容，耦合输入交流信号 %，并起隔离直流的作用。6. RC:集电极负载电阻，电源VCC通过 RC为集电极供电，另一个作用是将放大的电流 iC转换为放大的电压输出。(三) 电路原理i电流经放大后获得对应的集电极电流，B如图2-11所示。iC电流大时，负载电阻RC的压降 也相应大，使集电极对地的电位降低，如图2-11(e)

12、所示；反之iC电流变小时，集电极对地的 电位升高。因此集-射极间的电压UCE波形与iC 变化情况相反。集电极的信号经过耦合电容C2 后隔离了直流成分Vceo,输出的只是大信号的CEQ交流成分，波形如图2-11(f)所示。综上分析 可知，在共发射极放大电路中，输出电压v0与输 入信号电压*频率相同，相位相反，幅度得到放 大。图2-12三极管分压偏置放大电路六、分压偏置电路基本交流电压放大电路如图2-12所示为三极管分压偏置放大电路， 与前面的固定偏置电路相比较，多用了三个元件。上偏置电阻R和下偏置电阻R构成一个分 blb2压电路，以固定三极管基极的电位V，再利用发B射极回路中的电阻R获得反映集电

13、极电流变化 e的电压V，使之与V相比较得它们的差值来控 EB制I以维持I的基本稳定。c则称作发射极旁路BCe电容，它的存在使得在考虑交流信号时不必考虑 Re的影响。七、射极输出器射极输出器的电路如图2-13所示，从图中 可以看到，它与前面介绍的电路不同，它的输出 端是从发射极引出的，故该电路称为射极输出 器。射极输出器电路的特点是：输入电阻大、输 出电阻小，因此在电路中常常起阻抗变换作用； 共集电极放大电路具有电流放大作用，带负载能 力强、因此又常作为多级放大电路的输出级；共 集电极放大电路的电压放大倍数恒小于1，而又 十分接近1，并且输出电压与输入电压同相，所 以又称为射极跟随器（简称射随。

14、）第三节晶体三极管的开关特性三极管具有三种工作状态、放大状态、饱 和状态和截止状态。在放大电路中，三极管主要 工作在放大状态，因此，偏置电路及其参数的设 置要令电路的工作点处于合适的位置，而在脉冲电路中，三极管主要工作在饱和状态和截止状态，并且经常在这两种状态之间快速转 换，只有在转换时才以极短的时间迅速通过放大 区，三极管的这种工作状态通常称为 “开关状态”。如图2-14所示，当输入电压低于 晶体三极管死区电压或反向偏置时管子集电极 发射极之间基本上无电流流通，相当于断开的开关。当输入电压增大，三极管进入放大状态， 当输入电压足够大时，管子进入饱和状态，相当 于接通的开关。应用举例一、汽车晶

15、体管调节器电路图2-15所示电路贵用来取代精车上传统的电 磁振动式电压调节器（节压器），它几乎可在任 何一种负极搭铁的电系中与其发电机配合使用。 当充电系输出电压小于13V时，稳压管D1和晶 体三极管T1截止，T1集电极电位升高使T2导 通，于是将全压加于发电机激磁绕组，使其输出 电压逐渐升高，与此同时，发电机也向蓄电池进 行定电压充电。当发电机输出电压达到 13.6V 时，D1和T1导通，T1集电极电位降低使T2 截止，发电机激磁电流减小，输出电压下降，以 实现将其电压限制在1313.6V的范围之内，从 而达到调压之目的。二、汽车光电式电子点火控制器liiJ图2-16所示是汽车光电式电子点火

16、控制器电 路，发动机工作时，遮光盘随分电器转动，当遮 光盘缺口通过光源时，红外光照射到光敏三极管C2$ VIV上，使其产生基极电流而导通，三极管V也2 3liiJ随之导通，V导通后，通过R给V提供基极电3 44流使V导通，V基极电位接近零而截止，此时4 5liiJV通过R和R的分压获得基极电流而导通，于667i是接通7点火线圈初级电路，点火线圈铁芯中产生磁场；当遮光盘档住光线时，V、V、V截止,234liiJV导通,V截止，建立将点火线圈初级绕组切断，5 6磁场迅速消失，点火线圈次级绕组产生高压电。C1的作用是抗自激干扰。三、汽车制动灯故障监视器图2-17汽车制动灯故障监视器liiJ汽车制动灯

17、状况的好坏，直接影响到尾随车 辆的安全。为了减少交通事故，保证行车安全， 制动灯故障监视器可 以给司机及时提醒。洗海搭储水池图2-18汽车挡风玻璃洗涤液液位过低报警器电路图2-17所示是汽车制 动灯故障监视器，电 路原理如下：常态情 况下，制动灯开关是 断开的。由于1.5K电 阻大，制动灯内阻很 小，三极管T1和T2 的基极电位偏低，T1和T2管截止，指示灯不 亮。若此时指示灯发亮，表明制动灯烧断或灯头 有故障。汽车制动时，制动灯开头接通，三极管 T1和T2的基极电位升高，T1和T2管导通， 指示灯亮，表示正常，如果制动时指示灯不亮， 则说明制动灯烧断或灯头有故障或电路有搭铁 等故障。四、挡风

18、玻璃洗涤液液位过低报警器 汽车挡风玻璃由于被泥土、灰尘或雪花遮挡，朦朦胧胧看不清楚，势必造成能见度低，影响汽 车的安全行驶。图2-18所示是汽车挡风玻璃洗涤液液位过低报警器电路，该报警器电路是靠装 在贮水器内的两根控针导电时，微小电流使T1 复合管导通，使其集电极电位下降，报警指示灯 失电不亮，表示洗涤液液位正常，如果液位过低， 两根控针无微小电流使T复合管截止，其集电极1 电位升高，报警指示灯电得电而亮，表示洗涤液 液位过“低”。五、汽车光电式车速传感器（a）(b)图2-19 汽车光电式车速传感器外形及其光电转换电路图2-19（a）所示是汽车光电式车速传感器外 形，图2-19（b）是车速传感

19、器光电转换电路。 当遮光板不能遮断光束时，光敏晶体管受到发光 二极管的照射，光敏晶体管因光照而导通，晶体 管T的基极电位升高，晶体管处于导通状态，当 遮光板遮断光束时，光敏晶体管截止，晶体管T 的基极电位为零，晶体管T截止，从而S端子1输出幅值约5V的矩形脉冲信号。技能训练三：三的测试一、硅管或错管的判别：判别电路如图2-20所示。当V = 0.6 0.7 V时,图2-20判别硅管或错管的图2-21估测0的电路为硅管；当V试=路0.1 0.3V时，为错管。二、估计比较0的大小NPN管估测电路如图2-21所示。万用表设置在R x1 kQ挡，测量并比较开关S断开u和接通时的电阻值。前后两个读图2-

20、22 ICEO的估测数相差越大，说明管子的 0 越高，即电流放大能力越大。估测PNP管时，将万用表两只表 笔对换位置。三、估测LeoNPN管估测电路如图2-22所示。所测阻值 越大，说明管子的I越小。若阻值无穷大，CEO三极管正常；若阻值为零，三极管短路。测PNP型管时，红、黑表笔对调，方法同前。an四、NPN管型和PNP管型的判断b如图2-2握）所示判断将万用表设置在=iR x 1 kQ 或 R x 100 Q 挡,用黑表笔和任一管脚相接（假设它是基极b），红表笔 分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都 很小，则黑表笔所连接的就是基极，而且是NPN 型的管子。如图2-23（b）所示，如果

21、按上述方法 测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接的是PNP管的基极。五、e、b、c三个管脚的判断首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测P值的方法判断c、e极。如图2-31所示, （以NPN型管9014为例），先假定一个待定电 极为集电极（另一个假定为发射极）接入电路，记 下欧姆表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对 调一下接入电路，并记下欧姆表的摆动幅度。摆 动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集电极 c，红表笔所连接的管脚为发射极e，测PNP管 时，只要把图2-21电路中红、黑表笔对调位置， 仍照上述方法测试。本章小结1. 能把微弱的电信号（电压、电流等）转 换为所需数值电信号的电路称为放大

22、电路，简称 放大器。晶体三极管由两个PN结构成，有NPN 型和PNP型两种基本类型。它们的工作原理基 本相同，但各极间所接电源的极性恰好相反，因 此流过各极的电流和极间电压的方向也相反。2. 三极管是由两个PN结构成的半导体器 件，在发射结正偏、集电结反偏的条件下，具有 电流放大作用；在发射结与集电结均正偏时，处 于饱和状态，相当于开关的闭合；在发射结与集 电结均反偏时，处于截止状，相当于开关的断开； 在实际电路中，三极管的放大功能和开关功能得=1到广泛应用。基本放大电路的组成原则是：使发 射结正向偏置，集电结反向偏置。为保证基本放 大电路正常放大输入信号，必须合理地设置静态 工作点。l=J3

23、. 三极管的输入特性类似二极管，输出特性 曲线分为截止区、放大区、饱和区和击穿区。三 极管的特性受温度的影响较大。放大体现了信号 对能量的控制作用，放大电路输出信号的能量是 由电源提供的。 值表示电流放大能力的大小； ICBO、ICEO反映了管子温度稳定性；4. 晶体三极管的工作状态有三种：截止、放 大和饱和。i(1) 截止状态条件：发射结和集电结都接反向偏置。特点：IB0, ICR0, ceEo(2) 放大状态条件：发射结接正向偏置，集电结接反向偏置 特点：AZc3AZb(3) 饱和状态条件：发射结和集电结都接正向偏置。特点：ICREJRC； IC不再随IB的增加而增加。5. 三极管是一种电

24、流控制器件，即通过基极电流去控制集电极电流。三极管的放大作用，实 质上是一种电流控制作用。三极管的输入、输出 特性曲线都是非线性的，因此不能随便应用欧姆 定律来进行计算。6. 要保证三极管放大电路能正常工作，要设 置合适的静态工作点，除了常见的基本交流电压 放大电路外，还有分压偏置放大电路和射极输出 电路。思考题与习题2-1 三极管的主要特性是什么？放大的实质 是什么？2-2 三极管三个电极的电流哪个最大？哪个 最小？哪两个相接近？2-3 某三极管脚流出电流为3mA,脚流进 电流是295mA，脚流进电流为0.05A, 判断各管脚名称，并指出管型。2-4 测得工作在放大电路中的PNP型三极管 两

25、个电极的 电流如习题图2-24所示。(1) 求另一个电极的电流并在图中标出 实际方向。(2) 在图中标出e、b、c极。(3) 估算B值。2-5 测得工作在放大电路中的NPN型三极管 三个电极的电压分别为：U1=3.5V、U2=2.8V、U3=15V。/(1) 判断该三极管是硅三管，还是错管？d(2) 确定该三极管的e、b、c极。-242-6 如何用万用表判别晶体三极管的管脚和管型？又如何判断是硅管和错管？2-7 测得某电路中几个三极管的各极电位如图2-25所示，试判断各管工作在什么状态？2-8 为什么在交流电压放大电路中必须设置 合适的静压工作点？否则输出电压信号 将会出现什么现象？2-9放大器的基本功能是什么？放大的实质是什么？对放大器有哪些基本要求？2-10晶体三体管在放大电路中的作用是什么？它的直流静态工作点对放大有影响？2-11试判断图2-26所示的电路能否放大交流电压信号？若不能，请加以改正。2-12射极输出器输出电压 小于输入电 压，是不是没 有放大作 用？在电子线路中主要应用它的什么性能？2-13图2-27所示是汽车用国产JKF667型电子点火控制器电路，分析电路的工作 原理。2-14分析图2-15汽车制动灯故障监视器电路的工作原理。2-15分析图2-18汽车挡风玻璃洗涤液液位过低报警器电路的工作原理。2-16分析图2-19汽车光电式车速传感器的工作原理。