三极管

Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 1 - 三极管三极管三极管三极管 第 1 章 .....................................................................................................................................................................2 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 2 - 第第第第 1 章章章章 三极管 什么是三极管什么是三极管什么是三极管什么是三极管 三极管（也称晶体管）在中文含义里面只是对三个引脚的放大器件的统称，我们 常说的三极管，可能是如图所示的几种器件， 可以看到，虽然都叫三极管，其实在英文里面的说法是千差万别的，三极管这个 词汇其实也是中文特有的一个象形意义上的的词汇 电子三极管 Triode 这个是英汉字典里面“三极管”这个词汇的唯一英文翻译，这是 和电子三极管最早出现有关系的，所以先入为主，也是真正意义上的三极管这个词最 初所指的物品。其余的那些被中文里叫做三极管的东西，实际翻译的时候是绝对不可 以翻译成 Triode 的，否则就麻烦大咯，严谨的说，在英文里面根本就没有三个脚的管 子这样一个词汇！！！ 电子三极管 Triode （俗称电子管的一种） 双极型晶体管 BJT （Bipolar Junction Transistor） J 型场效应管 Junction gate FET（Field Effect Transistor） 金属氧化物半导体场效应晶体管 MOS FET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)英文全称 V 型槽场效应管 VMOS （Vertical Metal Oxide Semiconductor ） 注：这三者看上去都是场效应管，其实结构千差万别 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 3 - J 型场效应管金属氧化物半导体场效应晶体管 V 沟道场效应管是单极（Unipolar） 结构的，是和双极（Bipolar）是对应的，所以也可以统称为单极晶体管（Unipolar Junction Transistor） 其中 J 型场效应管是非绝缘型场效应管，MOS FET 和 VMOS 都是绝缘型的场效 应管 VMOS 是在 MOS 的基础上改进的一种大电流，高放大倍数（跨道）新型功率晶体管， 区别就是使用了 V 型槽，使 MOS 管的放大系数和工作电流大幅提升，但是同时也大 幅增加了 MOS 的输入电容，是 MOS 管的一种大功率改经型产品，但是结构上已经与 传统的 MOS 发生了巨大的差异。VMOS 只有增强型的而没有 MOS 所特有的耗尽型的 MOS 管。 概念概念概念概念 半导体三极管也称双极型晶体管,晶体三极管,简称三极管,是一种电流控制电流的 半导体器件. 作用:把微弱信号放大成辐值较大的电信号, 也用作无触点开关。 工作原理工作原理工作原理工作原理 晶体三极管（以下简称三极管）按分有两种：锗管和硅管。而每一种又有 NPN 和 PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅 NPN 和锗 PNP 两种三极管，两者除了电源 极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍 NPN 硅管的电流放大原理。 对于 NPN 管，它是由 2 块 N 型半导体中间夹着一块 P 型半导体所组成，发射区 与基区之间形成的 PN 结称为发射结,而集电区与基区形成的 PN 结称为集电结,三条引 线分别称为发射极 e、基极 b 和集电极 c。 当 b 点电位高于 e 点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而 C 点电位高于 b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo。 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 4 - 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做 得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发 射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向 对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这 股电子流称为发射极电流了。 由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区 而形成集电集电流 Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合 掉的基区空穴由基极电源 Eb 重新补给，从而形成了基极电流 Ibo.根据电流连续性原 理得： Ic=Ib+Ie 这就是说，在基极补充一个很小的 Ib，就可以在集电极上得到一个较大的 Ic，这 就是所谓电流放大作用，Ic 与 Ib 是维持一定的比例关系，即： β1=Ic/Ib 式中：β1--称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量△Ic 与基极电流的变化量△Ib 之比为： β= △Ic/△Ib 式中 β--称为交流电流放大倍数，由于低频时 β1 和 β 的数值相差不大，所以有时 为了方便起见，对两者不作严格区分，β 值约为几十至一百多。 三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用， 通过电阻转变为电压放大作用。 三极管的分类三极管的分类三极管的分类三极管的分类: a.按材质分: 硅管、锗管 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 5 - 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 三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数 a. 特征频率特征频率特征频率特征频率 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. b. 工作电压工作电压工作电压工作电压/电流电流电流电流 用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围. c. hFE 电流放大倍数. d. 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. e. PCM 最大允许耗散功率. f. 封装形式封装形式封装形式封装形式 指定该管的外观形状,如果其它参数都正确，封装不同将导致组件无法在电路板上 实现。 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 6 - 判断基极和三极管的类型判断基极和三极管的类型判断基极和三极管的类型判断基极和三极管的类型 三极管的脚位判断，三极管的脚位有两种封装排列形式，如右图： http://imgsrc.baidu.com/baike/pic/item/a0ca99d61c6a580e07088b1c.jpg 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）标志符号 如右图： http://imgsrc.baidu.com/baike/pic/item/43e6c733c7821762ad4b5f1d.jpg 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（根据型号的不同根据型号的不同根据型号的不同根据型号的不同，，，，放大倍数的差异放大倍数的差异放大倍数的差异放大倍数的差异，，，，这个值有所不同这个值有所不同这个值有所不同这个值有所不同）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。 http://imgsrc.baidu.com/baike/pic/item/3b6833f55de65f04bc31091f.jpg Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 7 - 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 NPN,反之为 PNP. 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. 体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"发射"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 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 8 - 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 e b c； 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 e b c。 目前，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。 晶体三极管的电流放大作用 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 ∆Ic/∆Ib 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。 晶体三极管的三种工作状态 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＝∆Ic/∆Ib，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。 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 9 - 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。 使用多用电表检测三极管 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。 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 利用双极型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。 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 10 - 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，在放大电路时，可以采用将 交、直流信号分开的，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）。 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 11 - 三极管的选型与替换三极管的选型与替换三极管的选型与替换三极管的选型与替换：：：： 1.首先要进行参数对比，如果不知道参数可以先在网络收搜索他的规格书，了解 其参数。行业里大家用的多的是 http://www.alldatasheet.com 一个英文网站； 2.知道参数，尤其是 BVCBO,BVCEO,BVEBO,HFE,ft,VCEsat 参数。通过各个参 数的比较，找相似的产品。即使知道了参数以后也不好找，一些书籍都过时了，没有 收集新的产品进去。最近看到一个创意不错的网站，半导体百事通网有个参数选型栏 目，可以针对半导体器件的参数对照组合筛选来选型 http://www.semibest.com 测判三极管的口诀测判三极管的口诀测判三极管的口诀测判三极管的口诀 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速 掌握测判方法，笔者出四句口诀：“三颠倒，找基极；PN 结，定管型；顺箭头， 偏转大；测不准，动嘴巴。”下面让我们逐句进行解释吧。 1：：：：三颠倒三颠倒三颠倒三颠倒，，，，找基极找基极找基极找基极 大家知道，三极管是含有两个 PN 结的半导体器件。根据两个 PN 结连接方式不 同，可以分为 NPN 型和 PNP 型两种不同导电类型的三极管。 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择 R×100 或 R×1k 挡位。图 2 绘出了 万用电表欧姆挡的等效电路。红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表 内电池的正极。 假定我们并不知道被测三极管是 NPN 型还是 PNP 型，也分不清各管脚是什么电 极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极(如这两个电极为 1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着， 再取 1、3 两个电极和 2、3 两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针 的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一 次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次 未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。 2：：：：PN 结结结结，，，，定管型定管型定管型定管型 Click to buy NOW! powered by www.ebookPK.com - 12 - 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间 PN 结的方向来 确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任 一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为 NPN 型管；若表头指针偏转 角度很小，则被测管即为 PNP 型。 3：：：：顺箭头顺箭头顺箭头顺箭头，，，，偏转大偏转大偏转大偏转大 找出了基极 b，另外两个电极哪个是集电极 c，哪个是发射极 e 呢?这时我们可以 用测穿透电流 ICEO 的方法确定集电极 c 和发射极 e。 (1) 对于 NPN 型三极管，穿透电流的测量电路。根据这个原理，用万用电表的黑、 红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻 Rce 和 Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转 角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表 笔→c 极→b 极→e 极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致顺箭头， 所以此时黑表笔所接的一定是集电极 c，红表笔所接的一定是发射极 e。 (2) 对于 PNP 型的三极管，道理也类似于 NPN 型，其电流流向一定是：黑表笔 →e 极→b 极→c 极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此 时黑表笔所接的一定是发射极 e，红表笔所接的一定是集电极 c。 4：：：：测不出测不出测不出测不出，，，，动嘴巴动嘴巴动嘴巴动嘴巴 若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太 小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用 两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极 b，仍用“顺 箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极 c 与发射极 e。其中人体起到直流偏置电 阻的作用，目的是使效果更加明显。 第1章