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,2019/6/4,1,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,2019/6/4,2,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,2019/6/4,3,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,2019/6/4,4,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,2019/6/4,5,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,2019/6/4,6,2.1 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,2019/6/4,7,2.1.1 晶体管的认识,2019/6/4,8,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,2019/6/4,9,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,2019/6/4,10,1. 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,2019/6/4,11,（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,2019/6/4,12,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,2019/6/4,13,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,2019/6/4,14,2）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,2019/6/4,15,（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R100或R1k档测量；功率在1W以上的大功率管，可用万用表的R1或R10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,2019/6/4,16,（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,2019/6/4,17,2.1.1 晶体管的认识,2. 晶体管的识别与检测,2019/6/4,18,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,2019/6/4,19,2.1.2 晶体管主要特性,2019/6/4,20,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？,2019/6/4,21,实验测量数据,1）实验结论 （1）IE=IC+IB； （2）ICIB，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,2019/6/4,22,2）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,2019/6/4,23,3）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,2019/6/4,24,三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,2019/6/4,25,【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0.6V0.7V或0.2V0.3V。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0.6V0.7V的是硅管，电位相差0.2V0.3V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,2019/6/4,26,【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UCUBUE；若该晶体管是PNP型的，则处于放大状态时，电位满足UCUBUE。,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,2019/6/4,27,【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UCUBUE，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,2019/6/4,28,（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1A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UCE1V 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,2019/6/4,29,2. 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,2019/6/4,30,（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（1V电压对应与1 mA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,IB60A为例： UCE0V 时，集电极无收集作用，IC0； UCE IC 当UCE1V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,2019/6/4,31,3. 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,2019/6/4,32, 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ICIB； （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,2019/6/4,33,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=0.60.7V，PNP硅管UBE= -0.6-0.7V；NPN锗管UBE=0.20.3V，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,2019/6/4,34,【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,2019/6/4,35,【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,2019/6/4,36,3.1.2 晶体管主要特性,2019/6/4,37,【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,2019/6/4,38,解：（1）该管为NPN型硅晶体管。 UBE= UBUE= 3.83=0.8（V） 0.5V（硅管的死区电压），发射结正偏。 UBC= UBUC=3.83.3=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,2019/6/4,39,解：（2）该管为NPN型硅晶体管。 UBE= UBUE= 0.70=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,2019/6/4,40,解：（3）该管为PNP型锗晶体管。 UEB= UEUB= 2（2.3）= 0.3（V） 0，发射结正偏。 UCB= UCUB= 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,2019/6/4,41,（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,2019/6/4,42,4. 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,2019/6/4,43,4. 晶体管的主要参数, 反向击穿电压 U（BR）EB