晶体三极管课件

晶 体 三 极 管 学习单元六 课题二 三极管的特性三极管的特性三极管的使用三极管的使用三极管的重要参数三极管的重要参数目目目目 录录录录 简易时间继电器简易时间继电器becbec两种类型NPN型型PNP型型三极管电路符号三极管电路符号三极管电路符号三极管电路符号 1 1 N：Negative，负，负，以电子为主以电子为主 P：Positive，正，以空穴为主，正，以空穴为主2 2 b:基基 极极(base)c:集电极集电极(collector)e:发射极发射极(emitter)3 3 箭头所指方向为电流容易过的方箭头所指方向为电流容易过的方 向。向。NPN NPN：电流从管子流向发射极：电流从管子流向发射极 PNP PNP：电流从发射极流向管子：电流从发射极流向管子管子管子 管子管子 becNPN型型三极管正常工作条件三极管正常工作条件三极管正常工作条件三极管正常工作条件(以以以以NPNNPN为例为例为例为例)正向偏压正向偏压 反向偏压反向偏压 基极基极b、集电极、集电极c接正电压接正电压发射极发射极e接负电压接负电压 基极基极b、集电极、集电极c接负电压接负电压发射极发射极e接正电压接正电压 三极管三极管有有电流流过电流流过三极管三极管无无电流流过电流流过E要使三极管正常工作，必须使要使三极管正常工作，必须使其电流的流向与符号中箭头所其电流的流向与符号中箭头所指的方向一致。指的方向一致。+-+-becNPN型型三极管正常工作条件三极管正常工作条件三极管正常工作条件三极管正常工作条件(以以以以NPNNPN为例为例为例为例)bec+-E三极管的基极和发射三极管的基极和发射极之间相当于一个二极之间相当于一个二极管的极管的2个电极个电极。E导通压降也为导通压降也为0.7V。0.7V0.7V 如何分析三极管电路如何分析三极管电路 NPN TMPS8050 集集电电极极回回路路基极回路基极回路Ie=Ib+Ic两个回路电流均流过发射极两个回路电流均流过发射极 三极管实验电路与分析三极管实验电路与分析三极管实验电路与分析三极管实验电路与分析 IcIbIeVceVbe Rc 200 1/2WVAA+AEb0V5V5V9VEcRb 10K+Rb,Eb,三极管三极管be Ib=Eb-VbeRb=Eb-0.7VRb欧姆定律：欧姆定律：因为：因为：Rb一定一定，Vbe=0.7V所以：所以：Ib随随Eb变化而变化变化而变化Ec=IcRcx+VceRc,Ec,三极管三极管ce NPN 型型 基极电源基极电源Eb 集电极电源集电极电源Ec 集电极电压集电极电压Vc三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析 Vo 集电极电压（集电极电压（V）Ic 集电极电流（集电极电流（mA）Ib 基极电流基极电流(uA)0V1V2V3V4V5V9V基极回路基极回路源电压源电压Vb0.2Vau 位于位于a左侧区域左侧区域u Ib=Ic=0u Vo=Ec=9V截截止止区区 NPN 型型 基极电源基极电源Eb 集电极电源集电极电源Ec 集电极电压集电极电压VcIcIbIe三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析 0.7VVo 集电极电压（集电极电压（V）Ic 集电极电流（集电极电流（mA）Ib 基极电流基极电流(uA)0V1V2V3V4V5V9V基极回路基极回路源电压源电压Vb0.2Vb NPN 型型 基极电源基极电源Eb 集电极电源集电极电源Ec 集电极电压集电极电压VcIcIbIe三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析 u 位于位于ab区域区域u Ic随随Ib成比例增加，即成比例增加，即u Vo逐渐下降逐渐下降放放大大区区=IcIbVOIcIb3.7V0.7VaVo 集电极电压（集电极电压（V）Ic 集电极电流（集电极电流（mA）Ib 基极电流基极电流(uA)0V1V2V3V4V5V9V基极回路基极回路源电压源电压Vb0.2Vab NPN 型型 基极电源基极电源Eb 集电极电源集电极电源Ec 集电极电压集电极电压VcIcIbIe三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析三极管仿真电路分析 u 位于位于b右侧区域右侧区域u Ic达到最大值达到最大值u Vo约等于约等于0.2V饱饱和和区区3.7VVOIcIb0.7V三种状态三种状态截止状态截止状态u即使集电极加有电压，但基极无电流流过，即Ic=Ie=0 时,Vce等于电源电压放大状态放大状态u集电极电流受控于基极电流u放大倍数：，Ic随Ib成比例增加uVce逐渐降低饱和状态饱和状态u集电极电流Ic保持最大值而不再增加，Ib IcuVce约等于0.2V0.3Vu集电极电流为集电极回路能够提供的最大电流Ic=Ib仿真实验总结仿真实验总结仿真实验总结仿真实验总结 NPN TMPS8050 IcIbIeVceVbe Rc 200 1/2WVAA+AEb0V5V5V9VEcRb 10K+bec基极基极（输入端）（输入端）发射极发射极（公共端）（公共端）A集电极集电极（输出端）（输出端）检测基极电流检测基极电流 的电流计的电流计由基极电流控由基极电流控制的电流源制的电流源仿真实验总结仿真实验总结仿真实验总结仿真实验总结 三极管的特性三极管的特性三极管的使用三极管的使用三极管的重要参数三极管的重要参数目目目目 录录录录 简易时间继电器简易时间继电器u发射极发射极-集电极最大耐压，超过此值三极管将被击穿集电极最大耐压，超过此值三极管将被击穿u在选择晶体管时，在选择晶体管时，Vceo大约为所用电源电压大约为所用电源电压2倍倍uS8050的的Vceo为为25VVceoS8050 NPNS8050 NPN型三极管参数型三极管参数型三极管参数型三极管参数 IcIbIeVce+becIcIbIeVce+becu最大集电极电流，即流过三极管集电极的最大电流最大集电极电流，即流过三极管集电极的最大电流u在选择晶体管时，在选择晶体管时，Icm大约为三极管正常工作时流过大约为三极管正常工作时流过集电极最大电流的集电极最大电流的2倍倍uS8050的的Icm为为0.5AIcmS8050 NPNS8050 NPN型三极管参数型三极管参数型三极管参数型三极管参数 IcIbIeVce+becu用用Pc表示集电极发射极消耗功率表示集电极发射极消耗功率,那么那么Pc=Ic x VceuPc在三极管内部转换为热导致三极管内部温度上升，则在三极管内部转换为热导致三极管内部温度上升，则Pcm就是可消耗的最大功耗值就是可消耗的最大功耗值uS8050的的Pcm为为0.625WPcmS8050 NPNS8050 NPN型三极管参数型三极管参数型三极管参数型三极管参数0V1V2V3V4V5V9VVo 集电极电压（集电极电压（V）Ic 集电极电流（集电极电流（mA）Ib 基极电流基极电流(uA)基极回路源电压基极回路源电压Vb0.2VabIc Ib VO 截止截止 状态状态 Vce最大，最大，Ic最小约为最小约为0，则功耗较小则功耗较小 放大放大 状态状态 Vce较大，较大，Ic也较大也较大则功耗最大则功耗最大三极管功耗分析三极管功耗分析三极管功耗分析三极管功耗分析 三极管的特性三极管的特性三极管的使用三极管的使用三极管的重要参数三极管的重要参数目目目目 录录录录 简易时间继电器简易时间继电器 Vo=Vc,即高电平即高电平“1”Vo0,即低电平即低电平“0”迅速越过放大区，方迅速越过放大区，方可满足开关状态可满足开关状态三极管在何种三极管在何种状态下满足开状态下满足开关状态？关状态？两种两种 状态状态 关：关：1 开：开：0 截止区截止区 开关应用开关应用开关应用开关应用 (原理分析原理分析原理分析原理分析)0V1V2V3V4V5V9VVo 集电极电压（集电极电压（V）Ic 集电极电流（集电极电流（mA）Ib 基极电流基极电流(uA)基极回路源电压基极回路源电压Vb0.2VabVOIcIb 饱和区饱和区 开关应用开关应用开关应用开关应用(波形分析波形分析波形分析波形分析)输入输入Vi输出输出Vobec R31KS8050R1 10K R2 4.7K+Vcc“0”(0V)Vo=Vcc“1”Ic=0 截止态截止态(a)三极管开关电路图三极管开关电路图 R31KS8050输入输入Vi输出输出Vo(b)三极管开关等效电路三极管开关等效电路开关断开开关断开开关应用开关应用开关应用开关应用(波形分析波形分析波形分析波形分析)输入输入Vi输出输出Vobec R31KS8050R1 10K R2 4.7K+Vcc(a)三极管开关电路图三极管开关电路图+Vcc0V+Vcc0V输入输入Vi输出输出Vo(c)三极管开关输入输出波形三极管开关输入输出波形 相当于一个反相器相当于一个反相器相当于一个反相器相当于一个反相器 R31KS8050输入输入Vi输出输出Vo(b)三极管开关等效电路三极管开关等效电路“1”(5V)Vo=0V“0”开关闭合开关闭合继电器介绍继电器介绍 概概 述述 一类常见的电子控制器件 应应 用用 应用于各类自动控制电路中 原原 理理 用较小的电流去控制较大的电流的一种“自动开关”组组 成成 具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路）作作 用用 在电路中起自动调节、安全保护、转换电路等作用 分分 类类 从制作工艺上来分，有电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等等 电磁式继电器电磁式继电器 支架支架 衔铁衔铁 弹簧弹簧 电磁线圈电磁线圈 触点触点 电气符号电气符号 常闭端常闭端NC 公共端公共端COM 常开端常开端NO 输入输入 输出输出 I I工工作作原原理理 当输入端当输入端1 1和和2 2之间通过足够大的直流电时，电磁线圈产生磁力可之间通过足够大的直流电时，电磁线圈产生磁力可 吸引衔铁，在公共触点吸引衔铁，在公共触点4 4离开触点离开触点3 3而与触点而与触点5 5短接在一起；短接在一起；当撤销输入端电流时，电磁线圈失去磁性，在弹簧的作用下触点当撤销输入端电流时，电磁线圈失去磁性，在弹簧的作用下触点4 4 弹回触点弹回触点3 3而与触点而与触点5 5断开。断开。通常，控制输入线圈的是低电压通常，控制输入线圈的是低电压mAmA级的信号，而输出触点与输入之间级的信号，而输出触点与输入之间是绝缘的，并且触点能够承受高电压是绝缘的，并且触点能够承受高电压A A级的强电信号，输出功率与输入功率级的强电信号，输出功率与输入功率之比可达千倍以上。之比可达千倍以上。开关受控于开关受控于电感线圈电感线圈 小型继电器实物图小型继电器实物图 一些小型继电器的实物照片一些小型继电器的实物照片 被封装在透明壳内的继电器被封装在透明壳内的继电器 线圈线圈 底座底座 触点触点 弹簧弹簧 驱动继电器驱动继电器驱动继电器驱动继电器(工作原理工作原理工作原理工作原理)继电器继电器 工作原理工作原理 继电器线圈需要流过较大电流继电器线圈需要流过较大电流(约约50mA)才能使继电器吸合，一般才能使继电器吸合，一般的集成电路不能提供这样大的电流，因此必须进行扩流，即的集成电路不能提供这样大的电流，因此必须进行扩流，即驱动驱动。输入输入VibecS8050R1 R2 4.7K+Vcc用用NPN三极管驱动继电器电路图三极管驱动继电器电路图DIN4007ON+Vcc0VOFF 1.继电器吸合过程 2.续流二极管作用 3.R1、R2电阻取值续流二极管续流二极管继电器继电器输入输入Vi续流二极管续流二极管becS8050R1 R2 4.7K+Vcc用用NPN三极管驱动继电器电路图三极管驱动继电器电路图DIN4007继电器继电器 1.继电器吸合过程释放释放+Vcc0VOFF驱动继电器驱动继电器驱动继电器驱动继电器(工作原理工作原理工作原理工作原理)输入输入Vi续流二极管续流二极管becS8050R1 R2 4.7K+Vcc用用NPN三极管驱动继电器电路图三极管驱动继电器电路图DIN4007继电器继电器 1.继电器吸合过程ON+Vcc0VOFF吸合吸合驱动继电器驱动继电器驱动继电器驱动继电器(工作原理工作原理工作原理工作原理)输入输入VibecS8050R1 R2 4.7K+Vcc用用NPN三极管驱动继电器电路图三极管驱动继电器电路图DIN4007继电器继电器ON+Vcc0VOFFOFF 2.续流二极管作用关断时线圈关断时线圈将产生电动势将产生电动势三极管由饱和变为截止瞬间，继电器电感三极管由饱和变为截止瞬间，继电器电感线圈中的电流突然失去流通通路，从而在线圈中的电流突然失去流通通路，从而在线圈两端产生较大的反向电动势，极性为线圈两端产生较大的反向电动势，极性为下正上负，可达下正上负，可达100伏以上，足以损坏三伏以上，足以损坏三极管极管为保护三极管，将开关关断时线为保护三极管，将开关关断时线圈所产生的反向电动势通过圈所产生的反向电动势通过箭头箭头所指方向放掉，并使集电极对地所指方向放掉，并使集电极对地电压最高不超过电压最高不超过(+Vcc)+0.7V驱动继电器驱动继电器驱动继电器驱动继电器(工作原理工作原理工作原理工作原理)确保当输入为确保当输入为+Vcc时三极管时三极管可靠饱和可靠饱和 3.R1、R2电阻取值Ib Ics 饱和条件：饱和条件：例如例如：若Vcc=+5V,Ics=50mA,=100，且R2=4.7k，计算R1取值。.5V-0.7VR10.7V4.7K-0.5mA则：则：R1 驱动继电器驱动继电器驱动继电器驱动继电器(工作原理工作原理工作原理工作原理)常见三极管常见三极管常见三极管常见三极管(用途用途用途用途)光电管光电管光电管光电管 普通开关管普通开关管普通开关管普通开关管高频放大管高频放大管高频放大管高频放大管(贴片贴片贴片贴片)功率三极管功率三极管功率三极管功率三极管(金属金属金属金属)陶瓷放电管陶瓷放电管陶瓷放电管陶瓷放电管中高频放大管中高频放大管中高频放大管中高频放大管三极管的特性三极管的特性三极管的使用三极管的使用三极管的重要参数三极管的重要参数目目目目 录录录录 简易时间继电器简易时间继电器RC充放电回路知识回顾充放电回路知识回顾 -+-tVC0E放电曲线放电曲线恒流恒流E/RE/R充电曲线充电曲线实际充电曲线实际充电曲线VCECKR12RC充放电回路充放电回路 RC充放电波形充放电波形 K K打到打到1 1处，对电容器充电处，对电容器充电 K K打到打到2 2处，电容器通过处，电容器通过R R放电放电充电充电放电放电 RC充放电回路串联的电阻充放电回路串联的电阻R越大，充电电流就越小，则充电时间就越长；越大，充电电流就越小，则充电时间就越长；电容量电容量C越大，所需要的电荷量就越大（即储能越多），充电时间就越长。越大，所需要的电荷量就越大（即储能越多），充电时间就越长。这就是能够用这就是能够用RCRC电路实现延时的电路实现延时的理论依据理论依据使用使用RC电路实现延时电路实现延时 -+-tV0VCEKR12RC充放电回路充放电回路 RC延时原理示意图延时原理示意图 负载负载 假假设设 开关开关K初始状态是接通初始状态是接通2端点，电容端点，电容C中初始电荷量为中初始电荷量为0；在输出级接入一个负载，这种负载的特点是存在一个反转电压，当在输出级接入一个负载，这种负载的特点是存在一个反转电压，当 输入电压低于或高于该反转电压值时，会被识别为输入电压低于或高于该反转电压值时，会被识别为0或或1，而输出不，而输出不 同的状态。同的状态。T 输入输入 VC 输出输出 动作阀值动作阀值 初始状态初始状态开关由开关由2 2转向转向1 1当电容两端电压达到负载动当电容两端电压达到负载动作阀值电压时，负载识别为作阀值电压时，负载识别为1 1输入信号被延迟了输入信号被延迟了T T简易时间继电器原理简易时间继电器原理 U1U2tRC电路输出电路输出 电压电压U1 三极管输出三极管输出 电压电压U2 继电器状态继电器状态 RC电路电路 继电器驱动电路继电器驱动电路 电路上电电路上电 +Vcc 初始状态（上电瞬间）：电容中没有存储电荷，初始状态（上电瞬间）：电容中没有存储电荷，两端压差为零，三极管两端压差为零，三极管Q的输入端为高电平的输入端为高电平(+Vcc)，三极管导通。，三极管导通。随着电容中充入的电荷量越来越多，两端的压随着电容中充入的电荷量越来越多，两端的压差也越来越大，三极管输入端电压也将越来越低，差也越来越大，三极管输入端电压也将越来越低，当三极管中电流不足以维持继电器吸合时，继电当三极管中电流不足以维持继电器吸合时，继电器释放。器释放。初始状态（上电瞬间）初始状态（上电瞬间）-+三极管中电流不足以三极管中电流不足以维持继电器吸合维持继电器吸合吸合吸合 释放释放 简易时间继电器原理简易时间继电器原理 U1U2tRC电路输出电路输出 电压电压U1 三极管输出三极管输出 电压电压U2 继电器状态继电器状态 按下按键按下按键 +Vcc 电容两端压差降为零，三极管电容两端压差降为零，三极管Q的输入端为高的输入端为高电平电平(+Vcc)，三极管导通，继电器吸合。，三极管导通，继电器吸合。-+吸合吸合 释放释放 按下按键按下按键电容放电时，限电容放电时，限制放电电流不至制放电电流不至过大而损坏电容过大而损坏电容简易时间继电器原理简易时间继电器原理 U1U2tRC电路输出电路输出 电压电压U1 三极管输出三极管输出 电压电压U2 继电器状态继电器状态 按下按键按下按键 +Vcc 电容两端压差降为零，三极管电容两端压差降为零，三极管Q的输入端为高的输入端为高电平电平(+Vcc)，三极管导通，继电器吸合。，三极管导通，继电器吸合。吸合吸合 释放释放 按下按键按下按键 释放按键释放按键 电容充电，两端压差增大，电容充电，两端压差增大，U1下降，直至三极下降，直至三极管中电流不足以维持继电器吸合，继电器释放。管中电流不足以维持继电器吸合，继电器释放。-+释放按键释放按键三极管中电流不足以三极管中电流不足以维持继电器吸合维持继电器吸合吸合吸合 释放释放 延迟时间延迟时间 电路的延迟时间电路的延迟时间 可以通过可以通过RC电路的时间常电路的时间常数数=RC进行估算，但因三极管放大倍数的离进行估算，但因三极管放大倍数的离散性较大，故延时无法做到非常精确。散性较大，故延时无法做到非常精确。公式中的公式中的R可近似等于可近似等于R3与与R1并联后的阻值。并联后的阻值。因为三极管驱动电路已经确定了因为三极管驱动电路已经确定了R1的取值范围，的取值范围，这个限定了这个限定了R无法取较大值。如果要通过这个电无法取较大值。如果要通过这个电路实现较长时间的延时，则需要采用较大的电容。路实现较长时间的延时，则需要采用较大的电容。