1、晶體三極管的應用第二章晶體三極管及其應用教學重點1 .掌握晶體三極管的結構、工作電壓、基本連接方式和電流分配關系。2 .熟練掌握晶體三極管的放大作用；共發射極電路的輸入、輸出特性曲線；主要參數及溫度對參數的影響。教學難點1 .晶體三極管的放大作用2,輸入、輸出特性曲線及主要參數第一節晶體三極管一、晶體三極管的結構、分類和符號（一）、三極管的基本結構1 .三極管的外形：如圖2-1所示。三極管通常有三個電極，功率大小不同的三極管體積和封裝形式各不相同，近年來生產的小、中功率管多采用硅酮塑料封裝，大功率三極管采用金屬封裝，通常做成扁平形狀并有螺釘安裝孔，有的大功率管干脆制成螺栓形狀，這樣能夠使三極管

2、的外殼和散熱器連成一體，便于散熱。2 .三極管的結構：三極管的核心是兩個PN結，按照兩個PN結的組合方式不同，可分為PNP型管和NPN型兩類，如圖2-2所示。3 .晶體三極管有三個區一一發射區、基區、集電區；發射區摻雜濃度較大；基區很薄且摻雜最少；集電區比發射區體積大且摻雜少。兩個PN結一一發射區和基區之間的PN結稱為發射結（BE結）、集電區和基區之間的PN結稱為集電結（BC結）；三個電極一一發射極e（E）、基極b（B）和集電極c（C）;（二）、晶體三極管的符號晶體三極管的符號如圖2-3所示圖2-3 三極管符號箭頭：表示發射結加正向電壓時的電流方向。文字符號：V（三）、晶體三極管的分類1.三極

3、管有多種分類方法。按內部結構分：有NPN型和PNP型管；按工作頻率分：有低頻和高頻管；按功率分：有小功率和大功率管；按用途分：有普通管和開關管；按半導體材料分：有錯管和硅管等等。2.國產三極管命名法：例如：3DG表示高頻小功率NPN型硅三極管；3CG表示高頻小功率PNP型硅三極管；3AK表示PNP型開關錯三極管等。二、三極管的基本連接方式如圖2-4所示，晶體三極管有三種基本連接方式：共發射極、共基極和共集電極接法。最常用的是共發射極接法。第二節晶體三極管的電流放大和分配作用、晶體三極管的電流放大作用19（一）三極管的工作電壓三極管能夠正常放大信號的工作條件是：發射結加正向偏壓，集電結加反向偏壓

4、。如圖2-5所示。V為三極管，Gc為集電極電源、Gb稱偏置電源，凡為基極電阻，上為集電極電阻。圖二16三世曾三個電流的潴附圖2-6三極管三個電流的測量,17（二）三極管的電流放大作用表2-1三極管電流放大作用測量數據IB/mA00.010.020.030.040.05Ic/mA0.010.561.141.742.332.91lE/mA0.010.571.161.772.372.96測量電路如圖2-6所示：調節電位器"測得發射極電流Ie、基極電流和集電極電流的對應數據如表2-1所示由表2-1,Ic 0.58 mAI B 0.01 mA5819結論：1 .當基極電流Ib的微小變化，就能引

5、起集電極電流Ic的較大變化，這種現象稱為三極管的電流放大作用。2 .晶體三極管是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。其特點是管內有兩種載流子參與導電。表示三極管放大3 .電流放大系數交流電流放大系數交流電流的能力ICIB直流電流放大系數-一一表示三極管放大流電流的能力IC4 .通常，:所以ICIB可表示為ICIB二、三極管的電流分配關系由表2-1得出，三極管中電流分配關系如下：IEICIBIC I E因IB很小，則說明：1 .IE0時ICIBICBOoIcBO稱為集電極一一基極反向飽和電流，見圖2-7(a)。一般Icbo很小，與溫度有關2 .IB0日寸，ICIEICEOOICEO稱為

6、集電極一一發射極反向電流，又叫穿透電流，見圖2-7（b）。IC”越小，三極管溫度穩定性越好。硅管的溫度穩定性比錯管好。三、三極管的輸入和輸出特性（一）共發射極輸入特性曲線輸入特性曲線：集射極之間的電壓VCE一定/1 i mA%產和風圖2-9三極管的輸出特性曲線時，發射結電壓Vbe與基極電流IB之間的關系曲線，如圖2-8所示。由圖可見：1 .當Vce2V時，特性曲線基本重合。2 .當Vbe很小時，Ib等于零，三極管處于截止狀態；3 .當Vbe大于門檻電壓（硅管約0.5V,錯管約0.2V）時，Ib逐漸增大，三極管開始導通4 .三極管導通后，Vbe基本不變。硅管約為0.7V,錯管約為0.3V。5 .

7、Vbe與V成非線性關系。（二）晶體三極管的輸出特性曲線輸出特性曲線：基極電流IB一定時，集、射極之間的電壓以與集電極電流IC的關系曲線，如圖2-9所示。由圖可見：輸出特性曲線可分為三個工作區。1 .截止區條件：發射結反偏或兩端電壓為零。特點：IB0,IcIceoo2 .飽和區條件：發射結和集電結均為正偏。特點：以,U稱為飽和管壓降，小功率硅管約0.3V,錯管約為0.1V。3 .放大區條件：發射結正偏，集電結反偏。特點：Ic受Ib控制，即IcIb。在放大狀態，當Ib一定時，Ic不隨Vce變化，三極管的這種特性稱為恒流特性。四、三極管主要參數三極管的參數是表征管子的性能和適用范圍的參考數據。（一）

8、、共發射極電流放大系數1 .直流放大系數一。2 .交流放大系數。電流放大系數一般在10100之間。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不穩定。一般選3080為比較合適。（二）、極間反向飽和電流1 .集電極基極反向飽和電流ICBO。2 .集電極一一發射極反向飽和電流ICEO。ICEO（1）ICBO反向飽和電流隨溫度增加而增加，是管子工作狀態不穩定的主要因素。因此，常把它作為判斷管子性能的重要依據。硅管反向飽和電流遠小于錯管，在溫度變化范圍大的工作環境應選用硅管。（三）、極限參數1 .集電極最大允許電流Icm三極管工作時，當集電極電流超過ICM時，管子性能將顯著下降，并有可能燒壞管子。2 .集電極最

9、大允許耗散功率PCM當管子集電結兩端電壓與通過電流的乘積超過此值時，管子性能變壞或燒毀。圖2-10共發射極基本放大3 .集電極一發射極間反向擊穿電壓V(BR)CEO管子基極開路時，集電極和發射極之間的最大允許電壓。當電壓越過此值時，管子將發生電壓擊穿，若電擊穿導致熱擊穿會損壞管子。五、電壓放大原理(一)電路形式如圖2-10所示為晶體三極管共發射極基本放大電路，放大電路中，輸入交流信號Vi通電容Ci的耦合送到三極管的基極和發射極。電源Vcc通過偏置電阻Rb提供Vbeq,基-射極間電壓為交流信號Vi與直流電壓Vbeq的疊加?；鶚O電流iB產生相應的變化。畫電路圖時，往往省略電源的圖形符號，而用其電位

10、的極性及數值來表示，圖中+Vcc表示該點接電池或直流電源的正極，而電源的負極就接在電位為零的公共麻!上。（二）元件作用信）輸入電壇1. V:晶體三極管，起電源放大使用。2. +Vcc:直流供電電源，為電路提供工作電壓和電流。3. Rb：基極偏置電阻，電源電壓通過Rb向基極提供合適的偏置電流IBo4. Ci:輸入耦合電容，耦合輸入交流信號vi,并起隔離直流電的作用。5. C2：輸出耦合電容，耦合輸入交流信號v。，并起隔離直流的作用。6. Rc:集電極負載電阻，電源Vcc通過Rc為集電極供電，另一個作用是將放大的電流ic轉換為放大的電壓輸出。（三）電路原理iB電流經放大后獲得對應的集電極電流，如圖

11、2-11所示。ic電流大時，負載電阻Rc的壓降也相應大，使集電極對地的電位降低，如圖2-11(e)所示；反之ic電流變小時，集電極對地的電位升高。因此集-射極間的電壓Uce波形與ic變化情況相反。集電極的信號經過耦合電容C2后隔離了直流成分VCEQ,輸出的只是大信號的交流成分，波形如圖2-11(f)所示。綜上分析可知，在共發射極放大電路中，輸出電壓V0與輸入信號電壓Vi頻率相同，相位相反，幅度得到放大。六、分壓偏置電路基本交流電壓放大電路如圖2-12所示為三極管分壓偏置放大電路,與前面的固定偏置電路相比較，多用了三個元件。上偏置電阻處和下偏置電阻Rb2構成一個分壓電路，以固定三極管基極的電位V

12、b,再利用發射極回路中的電阻Re獲得反映集電極電流變化的電壓Ve,使之與Vb相比較得它們的差值來控制Ib以維持Ic的基本穩定。Ce則稱作發射極旁路電容，它的存在使得在考慮交流信號時不必考慮Re的影響。七、射極輸出器射極輸出器的電路如圖2-13所示，從圖中可以看到，它與前面介紹的電路不同，它的輸出端是從發射極引出的，故該電路稱為射極輸出器。射極輸出器電路的特點是：輸入電阻大、輸出電阻小，因此在電路中常常起阻抗變換作用；共集電極放大電路具有電流放大作用，帶負載能力強、因此又常作為多級放大電路的輸出級；共集電極放大電路的電壓放大倍數恒小于1,而又十分接近1,并且輸出電壓與輸入電壓同相，所以又稱為射極

13、跟隨器（簡稱射隨。）第三節晶體三極管的開關特性三極管具有三種工作狀態、放大狀態、飽和狀態和截止狀態。在放大電路中，三極管主要工作在放大狀態，因此，偏置電路及其參數的設置要令電路的工作點處于合適的位置，而在脈沖電路中，三極管主要工作在飽和狀態和截止狀態，并且經常在這兩種狀態之間快速轉換，只有在轉換時才以極短的時間迅速通過放大區，三極管的這種工作狀態通常稱為“開關狀態”。如圖2-14所示，當輸入電壓低于晶體三極管死區電壓或反向偏置時管子集電極一發射極之間基本上無電流流通，相當于斷開的開關。當輸入電壓增大，三極管進入放大狀態，當輸入電壓足夠大時，管子進入飽和狀態，相當于接通的開關。第四節晶體三極管應

14、用舉例、汽車晶體管調節器電路圖2-15汽車晶體管調節器電路圖2-15所示電路可用來取代汽車上傳統的電磁振動式電壓調節器（節壓器），它幾乎可在任何一種負極搭鐵的電系中與其發電機配合使用。當充電系輸出電壓小于13V時，穩壓管D1和晶體三極管T1截止，T1集電極電位升高使T2導通，于是將全壓加于發電機激磁繞組，使其輸出電壓逐漸升高，與此同時，發電機也向蓄電池進行定電壓充電。當發電機輸出電壓達到13.6V時，D1和T1導通，T1集電極電位降低使T2截止，發電機激磁電流減小，輸出電壓下降，以實現將其電壓限制在1313.6V的范圍之內，從而達到調壓之目的。二、汽車光電式電子點火控制器27圖2-16所示是汽

15、車光電式電子點火控制器電路，發動機工作時，遮光盤隨分電器轉動，當遮光盤缺口通過光源時，紅外光照射到光敏三極管V2上，使其產生基極電流而導通，三極管V3也隨之導通，V3導通后，通過R4給V4提供基極電流使V4導通，V5基極電位接近零而截止，此時V6通過R6和R，的分壓獲得基極電流而導通，于是接通了點火線圈初級電路，點火線圈鐵芯中產生磁場；當遮光盤檔住光線時，5、5、V4截止,V5導通，V6截止，建立將點火線圈初級繞組切斷，磁場迅速消失，點火線圈次級繞組產生高壓電。C1的作用是抗自激干擾。三、汽車制動燈故障監視器洗成券隹水油圖2-18汽車擋風玻璃洗滌液液位過低報警器電路汽車制動燈狀況的好壞，直接影

16、響到尾隨車輛的安全。為了減少交通事故，保證行車安全，制動燈故障監視器可以給司機及時提醒。圖2-17所示是汽車制動燈故障監視器，電路原理如下：常態情況下，制動燈開關是斷開的。由于1.5K電阻大，制動燈內阻很小，三極管T1和T2的基極電位偏低，T1和T2管截止，指示燈不亮。若此時指示燈發亮，表明制動燈燒斷或燈頭有故障。汽車制動時，制動燈開頭接通，三極管T1和T2的基極電位升高，T1和T2管導通，指示燈亮，表示正常，如果制動時指示燈不亮，則說明制動燈燒斷或燈頭有故障或電路有搭鐵等故障。四、擋風玻璃洗滌液液位過低報警器汽車擋風玻璃由于被泥土、灰塵或雪花遮擋，朦朦朧朧看不清楚，勢必造成能見度低，影響汽車

17、的安全行駛。圖2-18所示是汽車擋風玻璃洗滌液液位過低報警器電路，該報警器電路是靠裝在貯水器內的兩根控針導電時，微小電流使T復合管導通，使其集電極電位下降，報警指示燈失電不亮，表示洗滌液液位正常，如果液位過低，兩根控針無微小電流使復合管截止，其集電極電位升高，報警指示燈電得電而亮，表示洗滌液液位過“低”。五、汽車光電式車速傳感器(a)(b)圖2-19汽車光電式車速傳感器外形及其光電轉換電路圖2-19(a)所示是汽車光電式車速傳感器外形，圖2-19(b)是車速傳感器光電轉換電路。當遮光板不能遮斷光束時，光敏晶體管受到發光二極管的照射，光敏晶體管因光照而導通，晶體管T的基極電位升高，晶體管處于導通

18、狀態，當遮光板遮斷光束時，光敏晶體管截止，晶體管T的基極電位為零，晶體管T截止，從而Si端子輸出幅值約5V的矩形脈沖信號。技能訓練三：三極管的測試一、硅管或錯管的判別：判別電路如圖2-20所示。當V0.60.7V時,39測試電路為硅管；當V0.10.3V時，為錯管。二、估計比較的大小NPN管估測電路如圖2-21所示。萬用表設置在R1k擋，測量并比較開關S斷開和接通時的電阻值。前后兩個讀數相差越大，說明管子的越高，即電流放大能力越大。估測PNP管時，將萬用表兩只表筆對換位置。三、估測ICEONPN管估測電路如圖2-22所示。所測阻值越大，說明管子的Iceo越小。若阻值無窮大，三極管正常；若阻值為

19、零，三極管短路。測PNP型管時，紅、黑表筆對調，方法同前。四、NPN管型和PNP管型的判斷"|>I-(a)(b>圖2-23基極b的判斷如圖2-23(a)所示，將萬用表設置在R1k或R100擋，用黑表筆和任一管腳相接(假設它是基極b),紅表筆分別和另外兩個管腳相接，如果測得兩個阻值都很小，則黑表筆所連接的就是基極，而且是NPN型的管子。如圖2-23(b)所示，如果按上述方法測得的結果均為高阻值，則黑表筆所連接的是PNP管的基極。五、e、b、c三個管腳的判斷首先確定三極管的基極和管型，然后采用估測值的方法判斷c、e極。如圖2-31所示,(以NPN型管9014為例)，先假定一個

20、待定電極為集電極（另一個假定為發射極）接入電路，記下歐姆表的擺動幅度，然后再把兩個待定電極對調一下接入電路，并記下歐姆表的擺動幅度。擺動幅度大的一次，黑表筆所連接的管腳是集電極c,紅表筆所連接的管腳為發射極e,測PNP管時，只要把圖2-21電路中紅、黑表筆對調位置，仍照上述方法測試。本章小結1 .能把微弱的電信號（電壓、電流等）轉換為所需數值電信號的電路稱為放大電路，簡稱放大器。晶體三極管由兩個PN結構成，有NPN型和PNP型兩種基本類型。它們的工作原理基本相同，但各極間所接電源的極性恰好相反，因此流過各極的電流和極間電壓的方向也相反。2 .三極管是由兩個PN結構成的半導體器件，在發射結正偏、

21、集電結反偏的條件下，具有電流放大作用；在發射結與集電結均正偏時，處于飽和狀態，相當于開關的閉合；在發射結與集電結均反偏時，處于截止狀，相當于開關的斷開；在實際電路中，三極管的放大功能和開關功能得到廣泛應用。基本放大電路的組成原則是：使發射結正向偏置，集電結反向偏置。為保證基本放大電路正常放大輸入信號，必須合理地設置靜態工作點。3 .三極管的輸入特性類似二極管，輸出特性曲線分為截止區、放大區、飽和區和擊穿區。三極管的特性受溫度的影響較大。放大體現了信號對能量的控制作用，放大電路輸出信號的能量是由電源提供的。值表示電流放大能力的大小；ICBO、ICEO反映了管子溫度穩定性；4 .晶體三極管的工作狀態有三種：截止、放大和飽和。(1)截止狀態條件：發射結和集電結都接反向偏置。特點：Ibp0,Ic20,UceE。(2)放大狀態條件：發射結接正向偏置，集電結接反向偏置特點：Ic-3Ib(3)飽和狀態條件：發射結和集電結都接正向偏置。特點：IcEc/Rc;Ic不再隨Ib的增加而增加。5 .三極管是一種電流控制器件，即通過基極電流去控制集電極電流。三極管的放大作用，實質上是一種電流控制作用。三極管的輸入、輸出特性曲線都是非線性的，因此不能隨便應用歐姆定律來進行計算。6 .要保證三極管放大電路能正常工作，要設置合適的靜態工作點，除了常見的基本交流電壓放大電路