电子技术项目教程06三极管管脚的判断及电流放大特性检测.ppt

电子技术项目教程 2020 1 27 1 知识目标 了解晶体管的结构 掌握晶体管的电流分配关系及放大原理 掌握晶体管的输入输出特性 理解其含义 了解主要参数的定义 会使用万用表检测晶体管的质量和判断管脚 会查阅半导体器件手册 能按要求选用晶体管 掌握三种组态放大电路的基本构成及特点 掌握非线性失真的概念 静态工作点的求解方法 会用微变等效电路分析法求解电压放大倍数 输入电阻和输出电阻 项目2扩音器的制作与调试 2020 1 27 2 知识目标 了解工作点稳定电路工作点稳定原理 了解多级放大电路的几种耦合方式和特点 掌握反馈的概念以及反馈类型的判断方法 熟悉负反馈的引入对放大电路性能产生的影响 能正确根据要求引入负反馈 正确理解典型功放电路的组成原则 工作原理以及各种状态的特点 熟悉功放电路最大输出功率和效率的估算方法 会选择功放管 项目2扩音器的制作与调试 2020 1 27 3 技能目标 晶体管管脚的判断及电流放大特性检测 掌握基本放大电路静态工作点的调试方法 会用示波器观察信号波形 熟悉截止失真 饱和失真的波形 掌握消除失真的方法 会用万用表测量晶体管的静态工作点 并由此判断工作状态 会用毫伏表测量输入 输出信号的有效值 并计算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 项目2扩音器的制作与调试 2020 1 27 4 技能目标 掌握负反馈放大电路静态工作点的测量与调整方法 会用集成功率放大器设计实用功放电路 掌握消除交越失真的方法 掌握简单元器件质量检测和极性判别的方法 掌握焊接 装配 调试典型放大电路的基本技能 项目2扩音器的制作与调试 2020 1 27 5 工作任务 晶体管管脚的判断及电流放大特性检测 共射放大电路静态工作点及动态性能的测试 共集电极放大电路动态性能指标的测试 负反馈放大电路的测试 低频功率放大电路的测试 扩音器的制作与调试 项目2扩音器的制作与调试 2020 1 27 6 2 1晶体管管脚的判断及电流放大特性检测2 1 1晶体管的认识实训2 1 用万用表检测晶体管引脚 管型和电流放大倍数2 1 2晶体管主要特性实训2 2 晶体管电流放大检测实训2 3 晶体管共射输入特性曲线的仿真测试实训2 4 晶体管共射输出特性曲线的仿真测试 实训任务2 1晶体管管脚的判断及电流放大特性检测 2020 1 27 7 2 1 1晶体管的认识 2020 1 27 8 小功率晶体管 中功率晶体管 大功率晶体管 晶体三极管也称为半导体三极管 简称晶体管 它是通过一定的制作工艺 将两个PN结结合在一起 具有控制电流作用的半导体器件 由于晶体管工作时有两种载流子参与导电 故也叫双极型晶体管 晶体管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关 晶体管从结构上来讲分为两类 NPN型和PNP型 2 1 1晶体管的认识 2020 1 27 9 晶体管的结构特点 1 基区做得很薄 且掺杂浓度低 2 发射区杂质浓度很高 3 集电区面积较大 1 晶体管的结构和符号 晶体管按所用的材料来分 有硅管和锗管两种 根据工作频率分 有高频管 低频管 按用途来分 有放大管和开关管等 根据工作功率分为大功率管 中功率管和小功率管 另外从晶体管封装材料来分 有金属封装和玻璃封装 近来又多用硅铜塑料封装 2 1 1晶体管的认识 2020 1 27 10 1 晶体管的结构和符号 1 晶体管引脚识别常见晶体管的引脚分布规律 1 封装名称S 1A S 1B 2 1 1晶体管的认识 2 晶体管的识别与检测 2020 1 27 11 2 封装名称S 6A S 6B S 7 S 8 e b C 2 1 1晶体管的认识 2 晶体管的识别与检测 2020 1 27 12 定位销 定位销 3 封装名称B型 C型 D型 2 1 1晶体管的认识 2 晶体管的识别与检测 2020 1 27 13 安装孔 安装孔 4 封装名称F型 2 1 1晶体管的认识 2 晶体管的识别与检测 2020 1 27 14 2 用万用表判别引脚和管型用万用表判别引脚的根据是 把晶体管的结构看成是两个背靠背的PN结 对NPN管来说 基极是两个结的公共阳极 对PNP管来说 基极是两个结的公共阴极 NPN管 PNP管 2 1 1晶体管的认识 2 晶体管的识别与检测 2020 1 27 15 1 万用表量程的选择功率在1W以下的中小功率管 可用万用表的R 100或R 1k档测量 功率在1W以上的大功率管 可用万用表的R 1或R 10档测量 2 晶体管的基极判断用黑表棒接触某一管脚 用红表棒分别接触另两个管脚 如表头读数都很小 则与黑表棒接触的那一管脚是基极 同时可知此晶体管为NPN型 用红表棒接触某一管脚 而用黑表棒分别接触另两个管脚 表头读数同样都很小时 则与红表棒接触的那一管脚是基极 同时可知此晶体管为PNP型 2 1 1晶体管的认识 既判定了晶体管的基极 又判别了晶体管的类型 2 用万用表判别引脚和管型 2020 1 27 16 3 判断晶体管发射极和集电极以NPN型晶体管为例 假定其余的两只脚中的一只是集电极 将黑表棒接到此脚上 红表棒则接到假定的发射极上 用手指把假设的集电极和已测出的基极捏起来 但不要相碰 看表针指示 并记下此阻值的读数 然后再作相反假设 即把原来假设为集电极的脚假设为发射极 作同样的测试并记下此阻值的读数 比较两次读数的大小 若前者阻值较小 说明前者的假设是对的 那么黑表棒接的一只脚就是集电极 剩下的一只脚便是发射极 2 1 1晶体管的认识 2 用万用表判别引脚和管型 2020 1 27 17 2 1 1晶体管的认识 2 晶体管的识别与检测 2020 1 27 18 实训流程 在元件盒中取出两个晶体管 根据实训原理介绍的方法进行如下测量 1 类型判别 判别晶体管是PNP型还是NPN型 并确定基极b 2 判断晶体管集电极c和发射极e 3 把晶体管按引脚顺序对应地插入插孔中 用hEF挡位 测出晶体管的 值 把以上测量结果填入表中 并画出晶体管简图 标出引脚名称 实训2 1 用万用表检测晶体管引脚 管型和电流放大倍数 2020 1 27 19 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 20 晶体管电流放大作用条件是 内部条件 发射区掺杂浓度高 基区掺杂浓度低且很薄 集电结面积大 外部条件 发射结加正向电压 正偏 而集电结必须加反向电压 反偏 实训2 2 晶体管电流放大检测 改变可变电阻Rb值 基极电流IB 集电极电流IC和发射极电流IE发生的变化 实训2 2 晶体管电流放大检测 1 归纳一下在UBB和UCC满足什么条件时 晶体管电流放大效果明显 2 基极电流IB 集电极电流IC和发射极电流IE三者有什么关系 2020 1 27 21 实验测量数据 1 实验结论 1 IE IC IB 2 IC IB IC与IB比值近似相等 3 IC和IB的变化值近似相等 4 IB 0 基极开路 集电极电流很小 晶体管穿透电流ICEO 质量参数 2 1 2晶体管主要特性 1 晶体管的电流分配原则及放大作用 2020 1 27 22 2 晶体管的电流分配关系 晶体管内部载流子的传输与电流分配 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 23 3 晶体管实现电流分配的原理 三极管内部载流子的传输与电流分配 1 发射区向基区发射自由电子 形成发射极电流IE 2 自由电子在基区与空穴复合 形成基极电流IB 3 集电区收集从发射区扩散过来的自由电子 形成集电极电流IC 另外 集电区的少子形成漂移电流ICBO 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 24 三极管内部载流子的传输与电流分配 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 25 例2 1 一个处于放大状态的晶体管 用万用表测出三个电极的对地电位分别为U1 7V U2 1 8V U3 2 5V 试判断该晶体管的管脚 管型和材料 解题方法 1 晶体管处于放大状态时 发射结正向偏置 集电极反向偏置 则三管脚中 电位中间的管脚一定是基极 2 在放大状态时 发射结UBE约为0 6V 0 7V或0 2V 0 3V 如果找到电位相差上述电压的两管脚 则一个是基极 另一个一定是发射极 而且也可确定管子的材料 电位差为0 6V 0 7V的是硅管 电位相差0 2V 0 3V的是锗管 三极管内部载流子的传输与电流分配 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 26 例2 1 一个处于放大状态的晶体管 用万用表测出三个电极的对地电位分别为U1 7V U2 1 8V U3 2 5V 试判断该晶体管的管脚 管型和材料 解题方法 3 剩下的第三个管脚是集电极 4 若该晶体管是NPN型的 则处于放大状态时 电位满足UC UB UE 若该晶体管是PNP型的 则处于放大状态时 电位满足UC UB UE 三极管内部载流子的传输与电流分配 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 27 例2 1 一个处于放大状态的晶体管 用万用表测出三个电极的对地电位分别为U1 7V U2 1 8V U3 2 5V 试判断该晶体管的管脚 管型和材料 解 1 将三个管脚从大到小排列 U2 1 8V U3 2 5V U1 7V 可知 脚为基极 2 因为U2 U3 1 8 2 5 0 7 V 所以该管为硅材料晶体管 而且 脚为发射极 3 脚为集电极 4 因为晶体管处于放大状态时 电位满足UC UB UE 所以该管为PNP型 实训流程 1 按图画好电路 2 在基极回路中串接入1m 0 001 的取样电阻 3 对图所示电路中的节点3进行直流扫描 可间接得到三极管的输入特性 实训2 3 晶体管共射输入特性曲线的仿真测试 2020 1 27 28 4 图所示为三极管2N2923的输入特性扫描分析曲线 其中横坐标表示三极管基极电压的变化 纵坐标表示1m 电阻上电压的变化 将纵坐标电压的变化除以取样电阻阻值 就可转化为基极电流的变化 1nV电压对应与1 A电流 即三极管2N2923的输入特性曲线 画一画根据仿真结果 画出二极管2N2923的输入特性曲线 输入特性曲线 共射输入特性曲线 当UCE 1V时输入特性基本重合输入特性形状与二极管伏安特性相似发射极电压UBE 死区电压时 进入放大状态 UBE略有变化 IB变化很大 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 29 2 晶体管的共射输入特性曲线 实训流程 1 按图画好电路 2 在集电极回路中串接入1m 0 001 的取样电阻 3 对图所示电路中的节点5进行直流扫描 可间接得到三极管的输出特性 实训2 4 晶体管共射输出特性曲线的仿真测试 2020 1 27 30 4 图所示为三极管2N2923的输出特性扫描分析曲线 其中横坐标表示三极管基极电压的变化 纵坐标表示1m 电阻上电压的变化 将纵坐标电压的变化除以取样电阻阻值 就可转化为基极电流的变化 1 V电压对应与1mA电流 即三极管2N2923的输出特性曲线 画一画根据仿真结果 画出二极管2N2923的输出特性曲线 输出特性曲线 三极管的输出特性曲线 IB 60 A为例 UCE 0V时 集电极无收集作用 IC 0 UCEIC当UCE 1V后 收集电子能力足够强 发射到基区的电子都被集电极收集 形成IC UCE再增加 IC基本保持不变 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 31 3 晶体管的共射输出特性曲线 截止区 a 发射结和集电结均反向偏置 b 不计穿透电流ICEO 有IB IC近似为0 c 集电极和发射极之间电阻很大 三极管相当于一个开关断开 放大区 a 发射结正偏 集电结反偏 b IC IB c NPN型硅管 UBE 0 7V 锗管 UBE 0 2V 三极管的输出特性曲线 输出特性曲线 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 32 饱和区 a 发射结和集电结均正向偏置 b 三极管的电流放大能力下降 通常有IC IB c 此时UCE值很小 称三极管的饱和压降 用UCES表示 一般硅三极管的UCES约为0 3V 锗三极管的UCES约为0 1V d 集电极和发射极近似短接 三极管类似于一个开关导通 三极管作为开关使用时 通常工作在截止和饱和导通状态 作为放大元件使用时 一般要工作在放大状态 三极管的输出特性曲线 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 33 输出特性曲线 例2 2 已知某NPN型锗晶体管 各极对地电位分别为UC 2V UB 7 7V UE 8V 试判断三极管处于何种工作状态 解题方法 1 发射结正偏时 凡满足NPN硅管UBE 0 6 0 7V PNP硅管UBE 0 6 0 7V NPN锗管UBE 0 2 0 3V PNP硅管UBE 0 2 0 3V条件者 晶体管一般处于放大或饱和状态 不满足上述条件的 晶体管处于截止状态 或已经损坏 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 34 例2 2 已知某NPN型锗晶体管 各极对地电位分别为UC 2V UB 7 7V UE 8V 试判断三极管处于何种工作状态 解题方法 2 区分放大或饱和状态 则去检查集电结偏置情况 若集电结反偏 则晶体管处于放大状态 若集电结正偏 则晶体管处于饱和状态 3 发射结反偏 或小于 1 中的数据 则晶体管处于截止状态或损坏 4 若发射结正偏 但UBE过大 也属于不正常情况 可能要被击穿损坏 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 35 例2 2 已知某NPN型锗晶体管 各极对地电位分别为UC 2V UB 7 7V UE 8V 试判断三极管处于何种工作状态 解 已知该管为NPN型锗晶体管 1 UB UE 7 7 8 0 3 V 发射结正偏 2 UB UC 7 7 2 5 7 V 0 集电结反偏 所以 该晶体管处于放大状态 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 36 3 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 37 例 晶体管的每个电极对地的电位 如图所示 试判断各晶体管处于何种工作状态 NPN型为硅管 PNP型为锗管 3 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 38 解 1 该管为NPN型硅晶体管 UBE UB UE 3 8 3 0 8 V 0 5V 硅管的死区电压 发射结正偏 UBC UB UC 3 8 3 3 0 5 V 0 集电结正偏 所以 该晶体管处于饱和状态 例 晶体管的每个电极对地的电位 如图所示 试判断各晶体管处于何种工作状态 NPN型为硅管 PNP型为锗管 3 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 39 解 2 该管为NPN型硅晶体管 UBE UB UE 0 7 0 0 7 V 0 集电结正偏 所以 该晶体管处于倒置状态 例 晶体管的每个电极对地的电位 如图所示 试判断各晶体管处于何种工作状态 NPN型为硅管 PNP型为锗管 3 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 40 解 3 该管为PNP型锗晶体管 UEB UE UB 2 2 3 0 3 V 0 发射结正偏 UCB UC UB 9 2 3 6 7 V 0 集电结反偏 所以 该晶体管处于放大状态 作业 晶体管的每个电极对地的电位 如图所示 试判断各晶体管处于何种工作状态 3 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 41 1 共发射极电流放大系数 共射直流电流放大系数 共射交流电流放大系数 2 极间反向电流 集电极基极间的反向饱和电流ICBO发射极e开路时 集电结在反向电压作用下 集 基之间由少子漂移运动形成的反向饱和电流 集电极发射极间的穿透电流ICEO基极b开路时 集电极和发射极之间的穿透电流 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 42 4 晶体管的主要参数 3 极限参数极限参数是指三极管正常工作时不能超过的值 否则有可能损坏管子 集电极最大允许电流ICM 下降到70 值时所对应的集电极电流 集电极最大允许功率损耗PCM超过此值三极管性能下降甚至烧毁 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 43 4 晶体管的主要参数 反向击穿电压U BR EBO 集电极开路 发射极与基极之间允许的最大反向电压 U BR CBO 发射极开路 集电极与基极之间允许的最大反向电压 U BR CEO 基极开路 集电极与发射极之间允许的最大反向电压 选择三极管时 要保证反向击穿电压大于工作电压的两倍以上 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 44 4 晶体管的主要参数 温度对三极管输入特性的影响 温度对三极管输出特性的影响 相同IB下 UBE随温度升高而减小 负温度特性 相同 IB下 曲线间隔随温度升高而拉宽 值增大 反向电流随温度升高而增大 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 45 例2 3 某晶体管的极限参数PCM 150mW ICM 50mA U BR CEO 20V 试问在下列几种情况下 哪种是正常工作的 1 UCE 5V IC 20mA 2 UCE 2V IC 60mA 3 UCE 6V IC 30mA 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 46 解题方法 PCM ICM和U BR CEO是晶体管的三个极限参数 在使用时均不能超过 如果PC过大 晶体管性能下降 甚至可能烧毁 如果IC太大 则晶体管的放大能力将下降 如果晶体管的两个PN结的反向工作电压过大 则可能因过电压而击穿 例 某晶体管的极限参数PCM 150mW ICM 50mA U BR CEO 20V 试问在下列几种情况下 哪种是正常工作的 1 UCE 5V IC 20mA 2 UCE 2V IC 60mA 3 UCE 6V IC 30mA 2 1 2晶体管主要特性 2020 1 27 47 解 1 因为UCEICM 因此该情况下晶体管不能正常工作 3 虽然有UCEPCM 因此该情况下晶体管也不能正常工作